автореферат диссертации по строительству, 05.23.07, диссертация на тему:Совершенствование технологии производства работземлеройными машинами при строительствеосушительных систем

РГ6 он

На правах рукописи

СЕРГЕЕВА Нина Дмитриевна

кандидат технических наук

УДК 626.8; 631.311.5

Совершенствование технологии производства работ землеройными машинами при строительстве осушительных систем

Специальность: 05.23.07 — гидротехническое и мелиоративное

строительство

Автореферат диссертации на соискание ученой степени доктора технических наук

Москва 2000

Работа выполнена в Брянской государственной инженерно-технологической академии

Научный консультант — доктор технических наук, член-корреспондент РИА

Маммаев 3. М.

Официальные оппоненты: — доктор технических наук, профессор

Недорезов И. А.

—, доктор технических наук, профессор Казаков В. С.

— доктор технических наук, профессор Суриков В. В.

Ведущая организация — Управление по мелиорации земель и сельскохозяйственному водоснабжению Брянской области «Брянскмелиоводхоз».

Защита состоится «16» марта 2000 г. в 10 час. на заседании диссертационного совета Д020.95.01 Всероссийского научно-исслсдоватсльского института гидротехники и мелиорации им. А. Н. Костякова (127550, Москва, Б. Академическая, 44).

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке института Автореферат разослан «. ■» 2000 г.

Ученый секретарь диссертационного совета,

кандидат технических наук Лапидовская И. С,

Н'ш.ш-060.гъ, о

Актуальность проблемы. В стратегии решения современной концепции рационального природопользования важное значение имеет оптимальное соотношение природных и рукотворных составляющих агроландшафта. Данная стратегия рассматривает в числе приоритетных направлений последовательное решение задач по реконструкции существующих и строительству новых водорегулирующих сооружений. В рамках этого направления разработка эффективных технологий производства работ на основе применения специализированных комплексов машин, адаптированных к сложным условиям строительства гидромелиоративных систем является актуальной задачей.

Темпы и эффективность строительства объектов осушения, во многом предопределяется показателями технологического процесса производства работ, особенно при использовании бульдозеров, скреперов и одноковшовых экскаваторов (далее ЗМ), на долю которых приходится около 80% объемов земляных работ.

В Нечерноземье значительны площади пойменных земель с высоким уровнем стояния грунтовых вод, слабой несущей способностью, повышенной влажностью и липкостью грунтов. Это вызывает высокие энергозатраты на разработку грунтов, повышенную залипаемость рабочих органов, пониженную проходимость машин, что приводит к низким показателям их использования.

Важными условиями повышения эффективности технологических процессов на объектах осушения являются повышение уровня организационно-технологической документации (ПОС и ППР), оптимизация состава и рациональное использование комплексов машин, а также повышение уровня технологической приспособленности конструкций рабочих органов ЗМ к условиям строительства.

Поэтому результаты исследований по совершенствованию технологических процессов при строительстве осушительных систем с применением оптимальных комплексов ЗМ, в том числе с усовершенствованными рабочими органами, являются актуальными, так как позволяют решить проблему снижения себестоимости работ.

Целью исследований является развитие основ теории, методов и средств совершенствования технологических процессов производства работ ЗМ при строительстве осушительных систем. В соответствии с этой целью были поставлены и решены следующие задачи исследований:

1. Изучить состояние и организационно-технологические факторы производства работ ЗМ при строительстве осушительных систем с обоснованием перспектив повышения их эффективности.

2. Разработать теоретические основы дальнейшего совершенствование технологических процессов производства работ ЗМ и их комплексами с учетом многообразия и специфичности условий строительства, схем и параметров объектов осушения.

3. Разработать методы оптимизационного расчета организационно-технологических параметров производства работ ЗМ.

4. Создать рабочее оборудование ЗМ, интенсифицирующее процессы разработки грунта с целью повышения его эффективности и технологической адаптации к условиям строительства объектов осушения.

Объекты исследований. Комплексные исследования проводились автором в период с 1978-98 гг. в научно-исследовательских лабораториях и полигонах Сибирского автомобильно-дорожного института, Брянской инженерно-технологической академии, на объектах осушения гидромелиоративного строительства Брянской, Пермской, Смоленской, Калужской и других областей Нечерноземной зоны России.

Методология исследований. В диссертационной работе использованы теоретический метод исследований с применением экономико-математического и организационно-технологического моделирования и оптимизации процессов производства работ ЗМ, в том числе и с усовершенствованным рабочим оборудованием.

Экспериментальные исследования в лабораторных и полевых условиях выполнены с целью проверки теоретических положений с применением современной измерительной тензометрической аппаратуры.

Обработка экспериментальных данных осуществлена методами математической статистики.

Научная новизна исследований. Сделан значительный вклад в решение проблемы повышения эффективности строительства осушительных систем на основе совершенствования технологических процессов производства работ высокоэффективными комплексами ЗМ с учетом специфических особенностей условий зон осушения.

Получили дальнейшее развитие теоретические основы процессов разработки грунта, выявлены закономерности и зависимости, позволившие предложить методы и средства активизации рабочего оборудования ЗМ с минимальными энергозатратами.

Предложены методы расчета оптимальных организационно-технологических параметров производства работ комплексами ЗМ и параметрами их рабочего оборудования с элементами активизации процессов копания и разгрузки грунта.

Разработаны технология и организация производства земляных работ при строительстве осушительных систем комплексами ЗМ с усовершенствованным рабочим оборудованием. На защиту выносятся:

- усовершенствованные методы расчета оптимальных организационно-технологических параметров производства работ ЗМ и их комплексами;

- усовершенствованные методы расчета оптимальных параметров технологии разработки грунта ЗМ;

результаты теоретических и экспериментальных исследований, позволившие разработать научно-обоснованные организационно-технологические процессы производства работ ЗМ при строительстве осушительных систем; конструкции рабочего оборудования ЗМ, технологическая адаптация которых позволяет интенсифицировать процессы производства работ при строительстве осушительных систем;

методики расчета оптймальных параметров новых конструкций рабочего оборудования ЗМ.

Достоверность результатов исследований подтверждена:

- необходимым объемом экспериментальных данных, полученных в лабораторных и полевых условиях при исследовании технологических процессов строительства каналов и производства планировочных работ ЗМ, в том числе и с применением усовершенствованных конструкций их режущих рабочих органов и систем разгрузки;

- необходимым объемом расчетных данных, полученных при оптимизации моделей на ЭВМ;

- идентичностью результатов теоретических и экспериментальных исследований технологических процессов с данными полевых исследований натурных образцов ЗМ и их комплексов, в том числе и с новыми рабочими органами на строительстве осушительных систем.

Практическая ценность. Рекомендованные структуры технологических комплексов ЗМ, в том числе и с новым рабочим оборудованием, позволяют при строительстве осушительных систем повысить производительность, снизить стоимость, трудозатраты и сроки строительства.

Рекомендованные конструкции рабочего оборудования ЗМ снижают энергозатраты на разработку грунтов, объемы потерь из-за залипания с обеспечением качественных показателей строительства.

Разработанные методы оптимизационного расчета повышают уровень организационно-технологической подготовки производства планировочных работ и строительства осушительных каналов, а также расчета параметров нового рабочего оборудования ЗМ и приняты к использованию организациями АПК Нечерноземной зоны России.

Реализация исследований. Разработаны и внедрены в технологические процессы производства земляных работ усовершенствованное рабочее оборудование ЗМ, активизирующее процессы копания и разгрузки грунтов повышенной прочности, липких и переувлажненных. Среди этих конструкций: скрепер с управляемыми боковыми секциями ножа и бульдозер с управляемой средней секцией ножа (внедрены в объединениях в АО "Брянскоблдорстрой", "Брянскинжсельстроя", "Пермелиорация", "Калугамелиорация", в МПМК-1 Брянскагропромстроя), ковш гидравлического экскаватора секционного типа (в "Брянскинжсельстрое", "Калугамелиорация", "Смоленскмелиорация", в СМУ-3 Брянскстроя), гидравлические экскаваторы с поворотным днищем (в МПМК-1 Брянскагропромстрое, в "Брянскинжсельстрое", в АО "Брянскпромстрой").

Оптимальные организационно-технологические процессы производства планировочных работ реализованы на мелиоративных объектах зоны осушения Западного Урала на объектах в Кунгурском и Верхнемулинском районах Пермской области с использованием бульдозеров и скреперов традиционного типа и новых, а также при разработке магистрального канала на объектах Карагайского района Пермской области, п. Новая Гута Клинцовского района Брянской области гидравлическими экскаваторами с ковшами традиционного типа и с очистным ножом поворотным днищем (1989-1997гг.).

Методы расчета рациональных параметров рабочего оборудования экскаваторов приняты к использованию на Воронежском экскаваторном заводе, АО

"Тяжэкс", Брянском заводе металлоизделий и технологической оснастки (БЗМТО) при изготовлении партий бульдозерного и экскаваторного оборудования (19911999гг.).

Методы оптимизационного расчета организационно-технологических параметров производства земляных работ используются в учебном процессе Брянской государственной инженерно-технологической академии (1995-1999гг.)

Реальный суммарный экономический эффект, полученный от внедрения результатов исследований на объектах осушения гидромелиоративного и дорожного строительства составил 473 тыс. руб.

Апробация исследований. Основные результаты исследований по диссертации докладывались на:

- научно-технических конференциях в СибАДИ г. Омск (1975-88 гг.), в Воронежском инженерно-строительном институте (1977, 1981, 1983 гг.), в инженерно-строительном институте г. Днепропетровск, в политехническом институте г. Караганда (1978-79 гг.), в инженерно-строительном институте г. Целиноград (1979, 1981 гг.), в политехническом институте г. Хабаровск (1978, 1980 гг.), в МГМИ г. Москва (1985 г.), в Брянском технологическом институте (1980-99 гг.);

- областных научно-практических семинарах и конференциях в г. Брянске (1982-99г.), г. Перми (1983 г.);

- республиканской конференции г. Омске (1980 г.), г. Брянске (1997-99г.), г.Воронеже (1999 г.);

- международных научно-практических конференциях на тему: "Современное строительство" в г. Пензе (1998 г.) на тему: "Проблемы строительного и дорожного комплекса" в г. Брянске (1998 г.), в г. Воронеже (1999 г.) на тему: "Повышение технического уровня машин лесного комплекса", в г. Сочи на тему "Проблемы дорожно-транспортного комплекса" (1999 г.).

- международного научно-технического семинара в г. Брянске на тему: "Совершенствование качества в строительном комплексе" (1999 г.).

- секции гидротехники и мелиорации ВНИГиМа Москвы 1999,2000 г. Исследования выполнялись по комплексной научно-технической программы

"Нечерноземье" Минвуза РСФСР и научно-технической программы ГКНТ СССР на 1985-1995 гг., шифр 0.52.01:23.04;23.05Д.

Публикации. По материалам диссертации опубликовано 130 научных работ, в том числе 72 авторских свидетельств на изобретения.

Структура диссертации. Диссертационная работа изложена на страницах машинописного текста, включает 5 глав, введение, общие выводы и заключение, а также 58 таблиц, 126 страниц иллюстраций, приложения на страницах, список наименований литературы включает 215 источника, в том числе 19 зарубежных.

Глава I Состояние проблемы совершенствования технологических процессов производства работ землеройными машинами на объектах осушения гидромелиоративного строительства.

Основным видом работ при строительстве осушительных систем, особенно при планировке земель и строительстве каналов, являются земляные, стоимость которых доходит до 60...80% стоимости объектов. Разнообразие их форм и параметров, большие объемы работ, рассредоточенные на значительных площадях с различными природно-климатическими и грунтовыми условиями усложняют технологические процессы производства работ ЗМ.

Анализ состава парков ЗМ и характера их внутри годового использования, объемов и технологий выполнения земляных работ в областях-представителях позволил установить что:

- до 80% объемов земляных работ в Нечерноземье выполняется в ЗМ, из которых на бульдозеры приходится 25...52%, на скреперы 20...22% и до 25...47% на одноковшовые экскаваторы;

- парки техники состоят в среднем из 2...3 типоразмеров каждого вида машин;

- недостаточное конструктивное разнообразие сменного навесного рабочего оборудования.

Особенности влияющие на эффективность использования, парка ЗМ, состоит в том, что грунты на объектах осушения можно разделить на две основные группы, существенно влияющие на технологию работ. К первой группе следует отнести минеральные глинистые, крупные и средние песчаные грунты, ко второй -торфяно-болотистые (с высокой степенью разложения торфа) и лессовые суглинки. Влажность разрабатываемых грунтов повышенная и в 60...80% случаев (в зависимости от вида грунтов) эта влажность близка к влажности наибольшей липкости, составляющей для глин, суглинков и супесей - 22...35, 20...22 и 15...20% соответственно.

По характеристике прочности в Нечерноземье наиболее представлены грунты 2-й категории с числом ударов динамического плотномера, равным 5-8 и вероятностью распространения 0,85.

Одним из резервов повышения эффективности выполнения работ на объектах осушения с высокими технико-экономическими показателями является разработка экономически обоснованных ПОС и 111 IP, разработанных на основе использования экономико-математических моделей, вариантного проектирования, комбинаторики технологических комплексов, информационных и справочных систем баз данных и программного обеспечения.

Другим резервом повышения эффективности ЗМ является технологическая адаптация их рабочих органов к условиям строительства. Параметры рабочего органа ЗМ наиболее гибко изменяемая переменная и поиск должен быть направлен на снижение сопротивлений копанию, что в рамках традиционных технологических процессов возможно при устранении:

- неравномерности использования тяговых усилий и мощности в течение рабочего цикла (при копании они на 30-40% больше, чем при транспортировке);

- значительных потерь грунта из-за просыпания и залипания.

Технологические качества ЗМ определяются закономерностями процессов, которые реализуются при взаимодействии их рабочих органов с разрабатываемой средой, что отражено в работах Артемьева К.А., Баловнева В.И., Ветрова Ю.А., Домбровского Н.Г., Зеленина А.Н., Недорезова И.А., Руднева В.К., Хмары Л.А., Федорова Д.И. и др. Их анализ показал, что предложенные методы обоснования параметров рабочих процессов ЗМ не учитывают конструктивных решений ножевых систем и разгрузки; их конструктивное разнообразие не подкреплено экспериментально-теоретическими исследованиями технологических процессов использования в специфических условиях строительства осушительных систем.

Исследованиями последних лет доказано, что эффективность применяемой техники в значительной степени определяется организацией технологических процессов производства работ. Теоретические основы этого заложены в трудах Атаева С.С., Будникова М.С., Гусакова A.A., Канторера С.Е., Спектора М.Д., Кудрявцева Е.М., Понтрягина A.C., Веникова В.М., Бусленко Н.П. и позднее были развиты в трудах Белякова Ю.И., Сорокина П.И., Луцкого С.Я., Теличенко В.И. и др. А в области мелиоративного строительства - в трудах Казакова B.C., Кизяева Б.М., Карлозского В.Ф., Томина Е.Д., Воропаева В.И., Сурикова В.В., Матвеева A.B., Маммаева З.М., Лапшина А.Д., Турецкого Р.Л., Ясинецкого В.Г. и др.

Анализ показал, что общим их недостатком является несколько упрощенный подход к технико-технологической структуре и организации процессов разработки и укладки грунта, определению ряда их параметров. Не в полной мере учтены возможные технологические схемы разработки грунта ЗМ с разными ножевыми системами и устройствами для разгрузи!. Расчеты ориентированы на учет лишь максимальных рабочих параметров машин.

Поэтому в данной работе предложен математический аппарат и программное обеспечение для оптимизации параметров организации работ, начиная с выполнения отдельных рабочих операций и, заканчивая формированием комплекса машин и технологий их использования. На этой основе создана интегрированная система повышения эффективности производства работ ЗМ.

Анализ исследований показал, что увеличение конструктивного разнообразия ЗМ предопределяет повышение технологичности их использования, т. к. изменяется диапазон регулирования параметров рабочего оборудования, меняется структура и параметры технологических приемов работ. Кроме того, использование усовершенствованного рабочего оборудования совместно с традиционным расширяет технологические возможности комплексов ЗМ.

Глава 2 Теоретические исследования процессов производства работ ЗМ

Во второй главе описаны основные методы исследований, используемые при разработке научных основ совершенствования технологических процессов производства работ ЗМ при строительстве осушительных систем. При этом установлено, что сложная структура и взаимосвязи организационно-технологических факторов производства работ, подверженных изменениям под воздействием внешних условий, при совершенствовании конструкций рабочего оборудования ЗМ, тре-

буют системного подхода к разработке теоретических положений повышения эффективности технологических процессов.

Организационно-технологический процесс производства мелиоративных работ (ОТ) в обобщенном виде представляет собой целостную систему, состоящую из взаимодействующих компонентов, наличие связей между которыми придают ей интегративные свойства. Поэтому каждая задача функционирования системы определяется компонентами пяти векторов, охватывающие:

1. Все иерархические уровни системы {ОТ|}={ОТ}2р1

2. Подсистему технологии разработки грунта {Тг}={Т}3м

3. Подсистему технологии производства работ . {Т^={Т}4|=1

4. Подсистему организации работ на делянке (захватке) {0р}={0} ри

5. Подсистему организации работ на объекте {0|,}={0}\=1

Решение проблемы повышения эффективности технологических процессов производства работ ЗМ возможно через объединение этих задач в направлении определения условий получения максимальной производительности (минимальной себестоимости) работ: Р=Пт„(Ст;„)0т,, т,. т,, о,, ок, где компоненты факторов: ¡=1,2; £=1,2,3^=1,2,3,4; р=1,2,3,4,5; к=1,2,3,4,5,6.

ПЕРВОЕ НАПРАВЛЕНИЕ исследований связано с постановкой и решением общей задачи моделирования и оптимизации процессов разработки грунта традиционными конструкциями ЗМ и ОТ процессов производства работ в условиях наиболее характерных по параметрам, объемам и условиям строительства осушительных систем.

ВТОРОЕ НАПРАВЛЕНИЕ исследований связано с теоретическим и экспериментальным обоснованием эффективности технологии разработки грунта усовершенствованным рабочим оборудованием ЗМ и ОТ процессов производства работ с его использованием.

Оптимизация параметров технологии и организации работ повышает эффективность через снижение затрат на их производство путем создания системы управления процессами формирования производительности и себестоимости с установлением их главных компонентов функций и взаимосвязей. Это требует построения организационно-технологических и экономико-математических моделей для изучения и структурно-функционального анализа процессов и показателей производительности и себестоимости с учетом параметров конструкций рабочего оборудования ЗМ, в том числе их ножевых систем, разгрузки, земляных сооружений, ОТ схем и условий производства работ.

Поэтому при построении экономико-математической модели в качестве критериев оптимальности, в наибольшей степени отражающих физическую сущность технологических процессов и требований строительства, приняты максимум производительности и минимум себестоимости работ, всесторонне обоснованные в трудах Канторера С.Е., Кудрявцева Е.М., Сорокина П.И.

Общая структура экономико-математической модели оптимизации записывается в следующем виде: необходимо определить такое количество машин .¡-го типоразмера, и конструкций работающих по к-й технологии на ¡-м участке производства работ (Хук), чтобы обеспечивался минимум себестоимости работ:

п т 5 ¡=1 к=1

или максимум производительности:

п т 6

рс = ££ЕПукХ8к->тах,

¡=1

и выполнялись следующие ограничения: все виды работ на участке должны быть

ш 5

выполнены в полном объеме > ; трудоемкость процесса не должна

Н ы

п т 5

превышать заданной (нормативной) величины^^Г^ГС^Х^Ту^ ^ ; по наличию

¡«1 ^=1 к-1

ЗМ в парке с разными конструкциями ножей и разгрузки рабочих органов

п 5

X Х^ик ^ по неотрицательности и целочисленности исходных данных Хук>0,

¡»■I к=1

целые.

В данной экономико-математической модели приняты следующие обозначения ее компонентов: 1 - участок на объекте работ (делянка) ¡=1, п; ] - типоразмер машины, которая может быть включена в комплект ]=1, ш и может иметь определенную конструкцию ножа и разгрузки рабочего органа; к - технологическая схема производства работ к=1, 5; п - число участков на объекте работ; т - число типоразмеров машин с разными видами конструкции ножей и разгрузки рабочего органа, которые могут быть включены в комплект; 5 - число технологических схем, которые могут быть использованы на данном объекте работ с учетом конструкции ножей и разгрузки рабочего органа; П^ - производительность машин ]-го типа по к-й технологии на ьм участке; V, - объем работ на 1-м участке; С> - трудоемкость производства работ на объекте; С^ - трудоемкость производства работ машин .¡-го типа по к-й технологии на ¡-м участке; - количество машин ^го типа, имеющихся в организации.

Данная модель сформулирована в виде общей задачи математического программирования и позволяет определить оптимальные параметры ЗМ, их количество, технологическую схему производства работ с учетом условий производства, а также продолжительность технологических операций. Полученные при ее решении данные являются исходными для определения оптимальных ОТ процессов и параметров производства комплексами ЗМ, расчета календарного плана. Для этого разработаны ОТ модели на основе обобщенной сетевой модели в терминах "работ".

Модели включают в себя технологическую последовательность производства работ, основные ОТ ограничения, взаимосвязи между работами, определение 1ра-ниц контуров участка, предварительный выбор технологических схем с использованием разработанных зависимостей, ограничения на сроки производства работ.

Пример организационно-технологической модели производства планировочных работ бульдозерами и скреперами, представленная на рис.1, который описывается системой неравенств и имеет вид:

Т,н>а,; Т6и>Т3°+азГ,а3^>0;

Т„°> Т," -1 iMmax; Т7" > Т3° +а3.7; а3.7 >0;

Т2" > Т,н +а,.;; ai.2 >0, -со<ац,<+со; Т8Н> Т3 0 +а3.8; а3.8 >0;

Т2° > Т,° +а',.2; а',,2 >0, -°с<сф,<+=о; Т9"> Т3Н +а3.9; а3.9 >0;

Т3" > Т2В +а2.3; а2.3 >0; Т10" > Т4° +а4.,0; а4.,0 >0;

Т4Н > Т3° а3-4 >0; Т„н> Т,„0 +а10.„; а10.п >0 ;

Т5Н > Т3° +а3.5; а3.5 >0; Т„°> Т„° +а'|0.11; а10.„ >0 ;

где Т, °,Т2°,..., Т| 10- срок окончания выполнения работ 1, 2 ...11; сц — ограничение типа "не ранее" для 1 работы; 111-1™*- максимально возможный срок выполнения работ на объекте; Т(н, Т2Н,..., Тпн - срок начала выполнения работ 1,2...11;

а 1-2, ам, ац.ц - параметры зависимости между работами 1 и 2, 2 и 4, ..., начало работ 10 и 11, окончания работ 10 и 11 соответственно.

В работе обоснованы расчетные схемы разработки грунта на планировке и в забое осушительного канала и дано математическое описание процессов производства работ для разных технологических схем, на основании которых получены зависимости для определения параметров технологии и организации работ ЗМ. Математическая модель производительности ЗМ имеет вид

П = ---

11 ijk

■Ч

где Vpoj-объем грунта соответствующий вместимости рабочего оборудования j-ro типа; Кп - коэффициент потерь грунта при работе; Кн - коэффициент наполнения рабочего оборудования; Кзал - коэффициент потерь грунта вследствие залипания рабочего оборудования; К, - коэффициент, учитывающий условия организации работ и использования машин по времени; - коэффициент, учитывающий технологические особенности работы машин (уклона местности и др.); и(Хи....ХРд) -продолжительность выполнения технологической операции А. при конкретных значениях переменного параметра X; п-число изменяемых параметров.

Объем (вместимость) рабочего оборудования ЗМ определяется следующими зависимостями:

для экскаваторов: VpO=0,3 —

0,562;

для скреперов: Vpo^q*;

для бульдозеров: Vp0=Vnp=l,782G6,

где G3, Об - соответственно эксплуатационная масса ГЭ и бульдозера; qK - вместимость ковша скрепера; Кзал - коэффициент залипаемости рабочего оборудования ЗМ, учитывается при Wom < Щакг и определяется как

IV

■ К.

Wonx, \Уфакг - соответственно оптимальная и фактическая влажность грунта.

Разработка, перемещение и Н укладка грунта скреперами Ц

04 1 по схеме зигзаг В

05 по схеме "эллипс" Ш

Об по схеме "восьмерка" В

07 по схеме "спираль"

08 по чгяночно-поперечной ПХГНГ

09 п о ч елн очн о-пр одольно й схеме

КМ №4

Рис. 1. Организационно-технологическая модель производства планировочных работ

бульдозерами и скреперами

Коэффициент наполнения К„ рабочего оборудования является функцией,

главным образом, грунтовых условий и конструкций режущей системы.

( 04 02 ^ для экскаваторов: К„=1 0,9+К5ал;

о 0,6 0,2

для скреперов: К„= 0,8+—

C-I С-3

для бульдозеров: К„=| 0,9+--—— |Кк,

С-1 С-3,' к"'

где Кин - коэффициент, учитывающий влияние конструкций ножевой системы на процесс наполнения рабочего органа; С - плотность грунта по ударнику ДорНИИ.

Продолжительность выполнения технологических операций производства работ ЗМ определяется на основе учета схем их выполнения. Например для скреперов и бульдозеров, принятые для моделирования схемы, представлены в структуре организационно-технологической модели (рис.1).

В структуре Тц ЗМ большая доля приходится на 1К, которые в значительной степени зависят от конструкции режущей системы и толщины срезаемой стружки hcp. Для скрепера формула расчета Ь.ср имеет вид:

h =-

Кр

L°H-tk + 0,71-5-Y2-Vq-0,5) Длина пути набора для ковша 1К с ножом прямолинейной формы и длина пути разгрузки 1р:

1 _ Ь4-д-кн -кп | Q 5. j _ Ч'кн'кзал

К L°H-hcp-kP ' ' Р 0,225• L° • к^ • '

Длина пути набора для ковша 1К с ножами ступенчатой и сферической формы определяется соответственно:

! -1.4-q-kH-k4-l,4.2q-kH-k

L°H-hcp + (hcp-T-sina)-kp ЗЬ'-Ь^-кр

где q - емкость ковша скрепера; Ki - статический коэффициент, равный 1,683; Суд - удельный вес грунта, приходящийся на 1м3 емкости ковша скрепера; i - уклон местности; ф2 - угол внутреннего трения грунта; L°H - длина режущей кромки ножа; у - объемная масса грунта; у - коэффициент объема призмы волочения; 5 - статический коэффициент; кф - коэффициент, учитывающий свойства грунта; Т - величина вылета; а — угол резания ножа. Для бульдозера с отвалом, оснащенным ножом ступенчатой формы hcp рассчитывается:

1 0 064L°2 • V

ikp=~ [(0,36Ц,2 + ОД L°- 0,5)-{cos i [Фсц (2-tgu) - (f ± sin i)]} - ' ( X

x {cos i -Ц2+ HfCos2(a±i) ± sin i} - eos i (0,035 L°2 - 0,45 L°„+0,6) ц,.

Объем призмы волочения для разных технологических схем определится зависимостями: для послойной схемы Упр. В=Н^ -^ф -К,,;

- - ЛГ -(и и V . „ К(2Нот -Ьтр^тр

для траншейной схемы Упр В-1НОТ — п г • ^ф ■ К +--—-;

2хёФ

Н2

для спаренной работы Упр. "К-,,; для схемы с промежуточными валами

Упр ,=--, где Ьгр - высота траншеи; Ку - коэффициент уклона

поверхности движения; N - номер цикла Ц,; Кп - коэффициент, учитывающий потери грунта при транспортировке.

Составляющие полного времени цикла Тц для ГЭ определены с учетом высокой вероятности (0,85) разработки переувлажненных и липких грунтов на объектах осушения согласно расчетной схемы, представленной на рис.2.

Длина пути копания ¡¡с, определяющая время наполнения ковша ГЭ рассчитывается 1квах=(0,6у/с^+0,4'\/с^+0,25)-1,55, а время передвижки ГЭ в цикле 0,066в,м

^пср —

+Ввн)Нв '

где уп.р - скорость движения ГЭ .¡-го типоразмера при передвижке со стоянки на стоянку.

ti.ep.jk - время передвижения ГЭ .¡-го типоразмера, работающего по к-й технологии на ¡-м участке, которое приходится на один цикл работы гидравлического экскаватора;

Продолжительность выгрузки грунта определяется видом грунта и его влажностью. При выгрузке растительного грунта, суглинков и глин время определяется как — 1,1 +2,12, а для песчаных грунтов и супесей = 0,9 + кы¡2, где кНЛ1 -коэффициент, учитывающий влажность выгружаемого грунта (^=1 при о = 12% - 15%, км=0,5 при о > 15%).

Угол поворота рабочего оборудования для разгрузки ковша, на примере центральной проходки ГЭ с отсыпкой грунта в односторонний отвал, определяется по формуле:

¿Н агссоз^+агссоБ-™- Кр-агссоБ-

}+р-а

В.

3 Н..К.

Но

Н1-Кр , Н,

НоШ, Шо

+^+2В5-2х

"2 -----*----" 2ЯЧ

Другой составляющей частью математической модели является стоимость машино-часа ЗМ, входящая в состав себестоимости работ, которая в настоящей работе определяется на основе общеизвестной и статистических зависимостей:

С__ См-Ч цк Кн ^

у!с »

П;,

Г.к

Рис. 2. Расчетная схема определения параметров производства работ строительства осушительного канала при использовании следующих технологических проходок ГЭ:

1 - центральная проходка с односторонним 0| и двусторонним 02 отвалами;

2 - внецентренная проходка вдоль подошвы откоса выемки с разработкой сечения

выемки за один проход О1 и за два прохода в отвал О2",

3 - внецентренная проходка по краю верхнего откоса выемки с разработкой сече-

ния за один проход в отвал 03;

4 - боковая открытая проходка с разработкой сечения выемки в отвал О4;

5 - боковая закрытая проходка с разработкой сечения выемки в отвал 05.

С6 —

^ м-ч —

8,2

РК-(Рх,.+Ры+Р0+Рнб)| (о,1Ь°,к +0,6Ь°Д)к +3ьу )(ь°н2ик-1,25)"

1+0,00397Ь°нук-/^см

+0,0852Ь°н2ик+Ь°н

ицк

0,384-1о П

_Р1Л Тцк

+0,34

11,15-П

СРук

V;

+0,4

¡¡к

у

„„„ « » » 0,0901я?ы-0,5205ч,и+2,6812 30ПР С§?=И1-- ' ' '-+—^-+0,4014^+0,064^+0,588;

0,2+0,0671 , .-

0,1 16+-^+0,161/(5^+0,7к1 +0,5

СГк=111-- - эцк

1-1 ;=1к=1

где См.ч - себестоимость машино-часа работы машины ]-го типа по к-й технологии на ¡-м участке; П^ - часовая эксплуатационная производительность машины ^го типа, работающей по к-й технологии на 1-м участке; Кн - коэффициент накладных расходов; - число календарных дней в году; Вви - количество выходных'и праздничных дней; Е>ц - количество нерабочих дней по метеоусловиям; Б0 - число дней простоев по организационным причинам; Вп6 - число дней затрачиваемых на перебазировку машины; Р - коэффициент сменности; ^ - продолжительность смены; 1пер - длина пути перебазировки машины на объект; Др - средняя производительность бульдозера; Уоб - объем работ на объекте; Т - число часов работы скрепера.

Исследования организационно-технологических процессов для производства работ на объектах планировки (с объемами от 1500 до 100000 м3 и дальностью транспортировки от 50...5000 м), строительства осушительных каналов (глубиной 1,8...3,5 м) выполнены при использовании вышеприведенных моделей и всего многообразия технологий и типоразмеров ЗМ, показали следующие результаты.

Установлено, что на показатели ЗМ наибольшее влияние оказывают их типоразмеры, дальность перемещения грунта, грунтовые условия, технологические схемы использования машин, а также конструкции режущего ножа. Прочностные характеристики грунта, толщина срезаемой стружки заметно изменяют показатели работы скрепера (рис.3). Так, применение ступенчатого ножа уменьшает длину копания за счет увеличения ЬсР до 25...32%, а сферический соответственно до 16...20% против сплошного прямолинейного ножа. Применение разных конструкций ножевых систем на скреперах показало, что малосвязные грунты целесообразно разрабатывать ножами сферической формы (снижение производительности по Уф скрепера с прямолинейным ножом составят 5...9%, а со ступенчатым 10... 15%, что объясняется потерями грунта в боковые валики). При разработке прочных связных грунтов показатели скрепера, оснащенного ступенчатым ножом (по объему набираемого грунта) выше на 10... 15% против сферического и на 10...20% - прямолинейного. Это объясняется высокой концентрацией напряжений на выступающих элементах ножа, срезающих стружку большей толщины на заключительном этапе заполнения ковша (рис. 4).

Аналогичные взаимосвязи показателей получены для бульдозеров, оснащенных прямолинейным и ступенчатым ножами. Увеличение типоразмеров, применяемых на планировке систем осушения при разработке грунтов различной прочности бульдозеров дает рост производительности, но эффект выше при оснащении из ступенчатой режущей системой в среднем до 15.. .28%.

При увеличении расстояния транспортировки характерно снижение производительности у бульдозеров на послойной схеме до 20...22%, для спаренной и

схемы с промежуточными валами до 12..15% и для траншейной до 10%. Это объясняется потерями грунта в боковые валики.

Угр, м3 Йср, М

15,0

10.0

Рис.3. Зависимость объема набираемого грунта Vrp в ковш скрепера и толщины стружки грунта hep от длины копания:

--связный грунт II категории, го=15% -

.......... малосвязный грунт I категории, со = 15%.

Себестоимость с такой же интенсивностью возрастает для всех технологических схем. При этом установлено, что наиболее эффективной является схема с промежуточными валами (1^=80... 100 м и выше) и работа по спаренной схеме (1тр=45...50 м), а от 40...80 м - траншейная (рис.6). У скреперов потери оцениваются в среднем на 0,5-1% на каждые 10 м пути.

Влияние типоразмера бульдозера, скрепера и конструкций применяемых ножевых систем на производительность и себестоимость достаточно заметна для всех технологических схем. Близкое к параболическому увеличение производительности характерно для всех схем у скрепера, но интенсивнее растет у бульдозеров для спаренной схемы, а у ГЭ для центральной лобовой(рис.5, 7).

Данные оптимизационного расчета параметров производства работ при строительстве осушительных каналов ГЭ показали, что совершенствование технологических процессов возможно через выбор оптимальных проходок, типоразмера и учета грунтовых условий производства работ. Определенное влияние на производительность ГЭ имеет конструктивное исполнение режущих элементов, но при разработке переувлажненных, липких грунтов наибольшее - способ разгрузки (очистки) ковшей.

При неизменности поперечного сечения канала с переходом от разработки связного грунта естественной влажности к переувлажненному со=12...15% падение производительности достигает 32...37%. При тех же условиях разработка малосвязанного грунта показывает более высокую производительность в среднем 37...40%.

Рис.5 Зависимость производительности от типоразмера ГЭ при разработке грунтов разной влажности: 1 - грунт II категории, ш>25%; 2 - грунт II категории, со=12...15%; 3 -II категории, со=18...25%.

С, руб/м' П, м'/ч

Рис. 4 Зависимость производительности от типоразмера бульдозера при разработке: а - грунт I категории; б -грунт II категории; в - грунт III категории.

Рис. 6. Зависимость производительности и себестоимости разработки грунта бульдозером ДЗ-42 от ширины В отвала (режущая система прямолинейной формы).

Значительно влияние технологических схем на эффективность разработки канала ГЭ, представленное на рис.7.

Установлено, что для каналов с шириной поверху 5...8 м целесообразно применять ГЭ малых типоразмеров на боковой и внецентренной проходках, а больших (5,6) -любых, при увеличении ширины с 8...15 м наилучшей является внецентренная, которая дает увеличение производительности на 5...7% в сравнении с центральной и на 8-15% с боковыми.

Большое влияние оказывает влажность и прочность разрабатываемых= грунтов. При разработки прочных грунтов нормальной влажности со=12...15% (II-III категории) наиболее эффективна режущая кромка с зубьями. Она позволяет увеличить производительность на 25...30% в сравнении с полукруглой и на 30...45% в сравнении с прямолинейной.

Повышение эффективности технологических процессов строительства осушительных систем должно быть направлено на совершенствование конструктивно-технологической адаптации рабочих органов ЗМ к их условиям и, в первую очередь, режущих систем и очистки; оптимизацию технико-экономических параметров ОТ процессов использовании ЗМ и их комплексов. Совершенствование режущих систем ЗМ, хотя по степени снижения сопротивлений и уступают рабочим органам с дополнительным подводом энергии, но простота их конструкций, минимальные затраты и достаточно высокая эффективность доказывают целесообразность такого подхода. Практическая реализация этого направления невозможна без совершенствования методов расчета сопротивлений копанию.

П, м'/ч Ср> руб/м.куб. 240

210 190 160 130 100 70

10 20 30 40 50 60 Gj, т Рис. 7. Зависимость производительности и себестоимости разработки канала (Н=1,8 м) от типоразмера ГЭ: 1 - лобовая центральная проходка в односторонний отвал; 2 - лобовая центральная проходка в двухсторонний отвал; 3 - лобовая внецентренная проходка; 4 - открытая боковая проходка;

5 - закрытая боковая проходка

Анализ существующих методов показал, что они основаны на произвольном выборе толщины срезаемой стружки грунта, не учитывают конструктивные осо-

бенности режущих ножей, не позволяют проанализировать процесс наполнения в динамике, что делает расчеты неопределенными.

Исследование процесса копания грунта ЗМ в данной работе основано на закономерностях механики формирования и продвижения срезанного ножевой системой фунта в рабочие органы машин традиционной конструкции. Автором разработаны методы расчета сопротивлений резания и копания грунта а также текущего значения сопротивлений наполнения рабочих органов ЗМ. Данный процесс рассматривается как итог взаимодействия ножа КР (рис.8), стружки грунта и грунта, находящегося в рабочем органе. Периодически повторяющиеся сколы стружки вызванные давлением ножа, который уподобляется подпорной стенке, надвигающейся на грунтовый массив. Предельно напряженное состояние массива в момент, предшествующий сколу, предопределяет его разрушение по плоскостям КА и КВ, в результате чего образуется площадка давления АВ, надвигающиеся на грунт в рабочем органе.

Процесс наполнения является закономерным и непрерывно повторяющимся выклиниванием грунта с последующим его перемещением в рабочий орган.

В работе автором обоснована единая расчетная схема (рис.8) определения сопротивлений для любой высоты наполнения рабочего органа ножом единичной ширины в последовательности, показанной на рис.9.

Величина результирующей силы R, равной сопротивленшо наполнения WH определяется по формуле:

R=WH=P3SÍn^ + a^p) sin(a2 - 2р)

где Р3 - давление на грань АВ грунтовой призмы ABC, минимальное значение силы Р3 - при соблюдении условия W„ < Ег; Ег - горизонтальная составляющая сопротивления стружки сколу; i¡/,p - соответственно угол скола и угол внутреннего трения грунта.

Для нахождения силы Рз рассматриваются 4 расчетных положения призмы по высоте наполнения рабочего органа:

1. Вершина призмы ABC точка С лежит внутри области, определенной прямыми ОД и ЕЕ';

2. Точка С находится на прямой ОД;

3. Точка С находится между ОД и осью X;

4. Точка С находится на оси X.

Уравнение равновесия грунтовой призмы в векторной форме имеет вид:

Pi +Рг + Рз + G = 0, Р, =P',+e'q1, P2 = P'2+e'q2, где Р|, Р2 - соответственно силы пассивного и активного давления грунта; q]5 q2 -

с „ yC2sinasinp

интенсивность давления грунта; у - объемная масса грунта; G =--г- -

2sin(a + P)

масса призмы; q, = К2ас-^-y-siny,; q2 -y-y-sinv^, К2^ К'^ - коэффициенты пассивного и активного отпора сдвигу сыпучего грунта по И.П. Прокофьеву;

у, = а - S + р; у2 = ^ - (е2 + р)= р + 6 - р; а,Р - углы наклона призмы ABC.

Рис. 8. Расчетная схема для определения сопротивления наполнению: 1 — ковш скрепера, 2 - ковш экскаватора, 3 - отвал бульдозера.

Координаты точек А(хьу!) и В(х2,у2) определяют положение грани АВ, а для нахождения сопротивления продвижению грунтовой призмы необходимо определять текущие значения углов сс,р.

P3=£l-f(a,p),

sin(a-¿H-p)-cos(a-p)-siny/,1

™ (l -JTJ sm\a-S)

(y2/с)2-(Уз/с)2 s'm2 (f]+S+p) cas(ft-p)-únt{/3 sina sinfi-cosS (l+V^7)2 s\n\p+S)-sm{j3+S+p) sin (a+J3)

Далее задача сводится к нахождению минимума f(a,p) при условии ф(а,р)=0, т. к. экстремум функции соответствует экстремуму Р3. Согласно теории Вейерштрасса функцию f(cc,p) можно рассматривать как функцию одной переменной, а именно угла а, т.е. Zo= f(a,P(a)).

В окончательном виде методика позволяет рассчитать силы, действующие на грани призмы ABC. Давление на грань АВ грунтовой призмы определяется как:

Pj cos[cp, -р]+Р2 cos[cp2 -р]+-|АВ]|ВС| = ^ (х)= (х) + (х)+^з (х) = •

•y/l — eos2 ф| (х) 4tJ\ — COS2 Фз(х)

Вь«с« и* r»»«i> BwMcnewe «a.M; р„

fia. Р), Р,; *

(х„ yj;k,;a.p

10 8

S=o

Проверка на условие

ар

m и

Ввод исходных данных

Печать р; <р; :2];х,, у у.;

Вычисление величин к,;5;е.л

Аа.и.Р; <х,.у,)

Решение системы Решение системы

уравнений no I, II алинейных уравнений

расмесным случаям по III, IV расчесным

случаям

2 3

8»м«Л*иив v(o,P) И рамвпъай случай 8«мслом случаи <Р(а,Р); V(a,P) случай Bbwywwe vM> IV расчетный случай

!=о

1а. (Ч. Р,:

(х„у,);к,;а;Р

>0

y,i 0

у3<0

Проверка на условие

Uet2 deH det3 det4

Рис. 9. Функциональная блок-схема для расчета нагрузок на грани грунтовой клинообразной призмы

Для отыскания оптимальной конфигурации призмы (при которой давление Р3 на АВ будет минимальным) составлена программа исследования процесса наполнения рабочего органа ЗМ на ЭВМ (рис.9). Язык программирования TURBO PASCAL.

Исследования процесса наполнения позволяет установить влияние не только грунтовых условий, высоты наполнения, ширины режущего ножа, но и определять h для любой высоты наполнения.

Влияние толщины стружки h на сопротивление W„ проявляется так, что с ее увеличением с 0,05 до 0,15 м W„ для ширины В=1 м возрастает на 78%, а для В=2 м всего лишь на 56%. Это объясняется влиянием сил трения, действующих на грани грунтовой призмы при заполнении на заключительных этапах. В тоже время при заполнении рабочего органа малой толщиной стружки (h=0,05 м) сопротивление WKr возрастает на 114% при увеличении ширины резания с В=1 м до В=2 м. А при заполнении стружкой h=0,15 м это увеличение составляет лишь 80%. Это свидетельствует о том, что предпочтительнее заполнять рабочий орган более толстой стружкой, а это может быть реализовано ступенчатыми ножами (рис.11) или управляемой ножевой системой.

Расчет сопротивлений наполнению рабочими органами ступенчатой формы (с выступающей средней частью - нож №2 и с выступающими боковыми элементами - нож №3) предусматривается в 2 этапа (рис.11). Первый - резание грунта всем периметром до высоты Н|, второй - резание только выступающими элементами ножа (на высоту Н). Продвижение грунта сопровождается преодолением следующих сил: массы грунта в боковой призме (02), массы в средней призме (в,) и сил трения по боковым стенкам ковша от активного давления грунта на них (Р5). Образовавшиеся грунтовые призмы от разных режущих кромок перемещаются вверх в ковш (по отвалу бульдозера) единым грунтовым потоком (рис.11). Например, уравнение тягового баланса для первого расчетного случая имеет вид: = 2Е[К(6) + - для ножа №3

= 2Е[К(з1 + + 2Р^(н) + 2Рур + Wп - для ножа №2, где \УК(и сопротивление копанию грунта (до высоты наполнения Н(=(0,5-0,6)Н;

- горизонтальная составляющая сколу грунта соответственно от боковых и среднего элементов ножа; Р^ - трение грунта по грунту; - сопротивление перемещению призмы волочения.

В окончательном виде уравнения тягового баланса для рабочих органов традиционного исполнения будет иметь вид. для бульдозеров

51п(а2-2р) 2

для скрепера

„ -рК + + (о ±

для экскаватора, разрабатывающего грунт на уровне стоянки ^у = Щ Ь + Гз^ + а-р)Ь°н + 0к+г соз ).

Бт(а2 - 2р)

Уравнения тягового баланса для рабочих органов оснащенных режущими системами ступенчатой формы: для бульдозеров

зт(а2-2р) 2 для скрепера

w = ^ ь + Рз^прсх -р)Ь°н + н2уц2 + (с )_ ±

зт(а2-2р) н

\Л/НГ, кН

35

30

25

20

15

10

5,0

н

н

ЩЩ^-

/

/у /

// ( а '

/ * У X - ' * У" . 6

5 Н-4

0.6 0,8 1,0 -1,2 '—'

0,07 0,10 0,13 0,17

Рис. 10. Зависимость сопротивления наполнению

от толщины срезаемой стружки и высоты наполнения:! - ковша скрепера в грунтах 3 категории; 2 -ковша скрепера в грунтах

2 категории; 3 - ковша скрепера в грунтах 1 категории; 4, 5 - ковша экскавация в грунтах 2 и 3 категории соответственно; 6 -отвала бульдозера

Н, м Ь, м

V

ч/ 1р

рб

5

Ль+Ц—Ь1-

»

ф

н

н

рб

Ь"

й

ш

"V

К

-I-^

-В-

рб

Г

"<~"Ъ" н

Г

а)

б)

Рис. 11. Расчетная схема определения сопротивления грунта копанию при высоте

заполнения Н( < (0,5-0,6)Н и при высоте Н: а - поперечный профиль грунта в рабочем органе для ножа с выступающими боковыми элементами; (нож №3) б -то же для ножа с выступающей средней частью (нож №2).

Анализ данных теоретических исследований показал, что изменение ширины копания с 1 м до 2 м для всех значений срезаемой стружки грунта дает рез-

кое увеличение сопротивлений, но в 2,3-2,5 раза для тонких стружек (Ь=0,08-0,12 м) ив 1,7-1,9 раза - для толстых (Ь=0.2 м и более). Это объясняется тем. что на заключительном этапе заполнения призма грунта, сформированной толстой стружкой образует устойчивый поток, пополняющий рабочий орган, а в то время как тонкая стружка, срезаясь ножевой системой, уходит в призму волочения. Поэтому целесообразно на заключительной стадии заполнять рабочий орган шириной копания меньшего значения, но на увеличенной толщине срезаемой стружки, что особенно значимо для скреперов и бульдозеров (рис.12).

Как видно из (рис.10, рис.13) горизонтальная составляющая сопротивления наполнению \Уиг для всех толщины вырезаемой стружки грунта резко возрастает с увеличением высоты наполнения и ширины режущего ножа, близкое к прямо пропорциональной зависимости. Но влияния ширины резания В на наполнения рабочего органа проявляется по разному. При увеличении высоты наполнения Н от 0,6 до 1 м сопротивление наполнению \УН возрастает для В=1 м на 55%, а для В=3 м на 86%. Вместе с тем при заполнении этой же шириной на наполнения Н=1 м сопротивление возрастает на 180%. Следовательно заполнение рабочего органа целесообразно производить ножами конструктивно наименьшей или изменяемой ширины, т. е. различных конструкций ступенчатой формы.

Установлено, что целесообразно обеспечить разработку, грунта с соотношением глубины копания Ь к ширине режущей системы В(Ь°) в пределах значений

^ < < ^. Извлечение части режущей системы из лобового взаимодействия с

грунтовым массивом позволяет снизить сопротивление и значительно повысить Кн, увеличить объем набираемого грунта в ковш скрепера и призму волочения бульдозера.

У ковшей экскаватора зубья, установленные на режущей кромке не позволяют создать прочный поток грунта, так как они раз разрыхляют его. Поэтому увеличение объема грунта должно быть направлено не столько через снижение сопротивлений (рост не столь интенсивен) как на решение вопроса исключения уменьшения объема ковша вследствие залипания его поверхности за счет установки очистных элементов (в виде ножей или стенок).

Для конструктивной реализации преимуществ ступенчатых ножей и максимальной технологической адаптации их к сложным условиям строительства объектов осушения предложены новые технические решения режущих систем и очистки ЗМ (рис.14). Для бульдозеров и скреперов - управляемая ножевая система, а для ГЭ - очистные ножи, поворотное днище, а также ковши секционного типа.

Исходя из конструктивных особенностей и полученных зависимостей автором предложена двухэтапная технология разработки грунта бульдозером и скрепером, оснащенных управляемой ножевой системой на планировке. При такой технологии набор грунта бульдозером осуществляется только выступающими элементами, а его транспортировка традиционным отвалом. Увеличение производительности до 18...30% в сравнении с традиционной технологией разработки грунта.

У скрепера первый этап заполнения ковша до высоты (0,5...0,6 м) рекомендуется ножом прямолинейной формы, а на втором этапе — заключительная стадия осуществляется разработкой грунта только выступающими элементами. Увеличение производительности до 17...24% в сравнении с традиционной технологией разработки грунта.

Эффективность технологии разработки переувлажненных, липких грунтов новыми ковшами подтверждаются снижением сопротивление копанию в среднем до 13...18% и увеличением производительности до 35...37% - для ковша с поворотным днищем и до 18.. .23% - для ковша с очистным ножом. Ковши секционного типа увеличивают производительность на 40% и более.

Глава 3. Экспериментальные исследования процессов производства работ ЗМ

В главе 3 приводится общая характеристика условий постановки и проведения экспериментальных исследований. Описывается принятая методика исследований в лабораторных и полевых условиях, устройстве экспериментального оборудования, стендов, используемого измерительного оборудования и инструментов и др. Детально описываются условия проведения исследований в производственных условиях, а также методика планирования экспериментов и обработки опытных данных.

Проверка полученных в работе теоретических зависимостей по совершенствовании организационно-технологических процессов производства работ ЗМ проводилась на лабораторном стенде, экспериментальных установках, опытных образцах и серийных машинах.

На первом этапе исследовались условия формирования комплексов ЗМ и использование в условиях строительства объектов осушения, их влияние на технико-экономические показатели производства работ. Они проводились в разных регионах Нечерноземья и в результате сбора и статистической обработки данных были установлены факторы, в наибольшей степени определяющие технико-экономические показатели ЗМ, приведены значения коэффициентов корреляции и получены регрессионные уравнения, учитывающие совокупные влияния этих факторов. Например, множественные линейные уравнения регрессии для ожидаемой производительности имеют вид:

у =24,299x4+ 195,05 х5 +0,2211x6 + 0,008 х7-6,403-дляГЭ у = 1,96 Х4 + 6,566 х5 + 0,0011 Хб + 0,0013 х7 + 2,62 -для скреперов у = 83,71 Х4 + 42,13x5 + 0,028х« + 0,003х7 + 3,36 I - 35,06 - для бульдозеров, где Х4 - коэффициент технической готовности; х5 - коэффициент использования; Хб - объем работ, выполненный с начала года; х7 - количество часов работы среднесписочной машины; I - коэффициент, учитывающий перспективу роста выработки.

Получены зависимости, которые могут быть рекомендованы для расчета состава парка машин по тидоразмерам с учетом среднестатистических ожидаемых значений факторов X].. .х7.

На втором этапе исследовалась технология разработки грунта ЗМ с использованием теории физического моделирования, а также с применением натурных

экспериментальных установок и опытных образцов в направлении конструктивно-технологического совершенствования процессов резания грунта, заполнения, транспортировки и разгрузки (очистки) рабочих органов. В число задач этого этапа входило исследование влияния конструкций режущих ножевых систем ЗМ и разгрузки на технологические параметры разработки земель, снижения энергоемкости, потерь грунта, в том числе из-за залипания.

В качестве базовых при изготовлении опытных образцов использовались стандартные рабочие органы серийных ЗМ.

Эксперименты проводились на растительных торфянистых и минеральных грунтах I...III категории с влажностью 10...40 % Пермской, Омской, Брянской, Смоленской и Калужской областей.

При экспериментальных исследованиях использовались методы физического моделирования, тензометрии, динамометрии и хронометрирования. Объективность выбора контролируемых параметров технологического процесса обеспечивалась применением теории планирования экспериментов.

Лабораторные и полевые исследования показали возможность и перспективность совершенствования технологических процессов, в том числе и за счет интенсификации процессов разработки грунта режущими системами ЗМ, разгрузки их рабочих органов, подтвердили закономерности изменения технологических параметров работы машин, полученных на основе теоретических расчетов установлено, что интенсификация процессов разработки грунта наиболее целесообразна через функциональное разделение элементов ножевой системы с целью повышения ее адаптации к условиям и особенностям технологических процессов строительства осушительных систем для бульдозеров и скреперов, а для гидравлических экскаваторов - интенсификация разгрузки (очистки) ковша.

Глава 4. Результаты экспериментально-теоретических исследований по совершенствованию процессов производства работ ЗМ

На первом этапе исследовалось влияние конструкций и параметров рабочих органов ЗМ на процессы разработки грунта ЗМ.

На втором этапе изучались технологические процессы производства работ ЗМ при строительстве объектов осушения, в том числе и машинами с усовершенствованным рабочим оборудованием (новыми ножевыми системами и системами очистки ковшей ГЭ).

Исследованиями процессов резания (рис.13, рис.14) и копания (рис.10, рис.15) грунта ЗМ подтверждена зависимость их энергетических характеристик от формы ножевых систем, их ширины и вылета.

При этом учитывались планирующие качества ножей, интенсивность заполнения рабочего органа ЗМ, скрепера (а„р) и боковые валики (Тб(рисЛ5).

Экспериментально доказана эффективность применения ножей ступенчатой формы (№2 и №3) и их способность разрабатывать грунтовый массив более толстой стружкой - h. Нож №3 заполняет рабочий орган ЗМ двумя устойчивыми расширяющимися потоками (от боковых выступающих элементов) с минималь-

ными потерями из его средней части, очищая отвал бульдозера и боковые стенки ковша скрепера от налипшего грунта.

к, см, Р

15

10

1200

800

5 +400

А

/ / / I / / А / //

/ / у у ¿V ■ / ИШ-1 шщ. 1

/у /А) //У /// \

Л..

12

ЕГ1кН

Рис. 12. Зависимость горизонтальной составляющей сопротивления резанию Ег от толщины Ь и площади Б стружки грунта:

кН

0,04 0,08 0,12 0,16 0,2

Рис 13. Зависимость горизонтальной Ег и вертикальной Е„ составляющих сопротивления резанию грунта от толщины вырезаемой стружки (Ег —,ЕВ—)

Повышение производительности ЗМ достигается не только за счет снижения сопротивлений копанию, повышения коэффициента наполнения, но и за счет сохранения геометрической вместимости при разработке липких переувлажненных фунтов. При этом установлено, что увеличение Ь у скрепера с 0,05...0,15 м увеличивает Кн на 20—25%, а при увеличении Ь с 0,15—0,25 м - соответственно на 30—35%; увеличение прочности грунта с 4...16 ударов плотномера (при сохранении значения Ь) увеличивает К„ до 40%.

Данные экспериментальных исследований подтвердили гипотезу о целесообразности модернизации режущей системы ЗМ на основе ножей ступенчатой формы с возможностью изменения в процессе работы ширины копания, что позволило автору предложить новые консторукции рабочего оборудования ЗМ (рис.14.).

При работе бульдозеров на планировке потери грунта в значительной степени зависят от технологической схемы и длины транспортировки призмы волочения (при < 50 м - до 15-20%, а при 1тр > 50-60 м - до 25-30 %). Значительные потери при разработке влажных суглинистых грунтов, торфянистых до 10—12%.

При исследовании процессов разработки каналов подтверждена зависимость параметров копания от типоразмера ГЭ, конструкции ковша, технологической схемы, угла поворота на разгрузку и влажности грунта. Выработка ГЭ с увеличением угла поворота с 40°...100° снижается 1,8-2 раза, с 100 ...160° еще в 1,25 раза. Оптимальная длина передвижки ГЭ составила 1,8—2,2 м'(3,4 типоразмер) и 2,3-3,0 м (5 типоразмер), что с высокой точностью совпало с данными теоретических расчетов. Несоответствие ширины ковша ГЭ ширине канала или траншее приводит к значительной переработки грунта сверх проектных параметров до 15...35% (особенно при использовании сменных ковшей увеличенной вместимо-

Рис. 15. Диаграмма изменения показателей \у1Д}гр и (Опр + вб)/ для различных геометрических форм ножа скрепера.

Их работа сопровождается потерями грунта из-за просыпания и залипания с соответствующим снижением производительности.

Потери грунта из ковша из-за просыпания 1-Н категорий с влажностью 12... 15% составило 8... 12 % вместимости ковша, а при разработке растительных, суглинистых фунтов, включая оглееные и торфяники с влажностью 18...30% - до 15...30%, но при влажности более 30% особенно для фунтов, содержащих ил, торф залипаемость стенок ковша и днище ГЭ уменьшается (рис.16). Толщина слоя налипания 5 глинистого фунта в зависимости от влажности определяется следующим регрессионным уравнением:

§ = -0,12 W2 + 6,59 W - 80,9 - для ГЭ

5 = - 0,14 \У2 + 8,04 W - 9,5 - для бульдозера.

Например, влияние влажности фунта на изменение пути копания показано на рис.17. Все это подтвердило гипотезу о необходимости оснащения ковшей ГЭ системами принудительной очистки при использовании их в переувлажненных, липких фунтах.

С целью совершенствования технологических процессов строительства осушительных систем были выполнены экспериментальные исследования ЗМ с усо-вершенстваванным рабочим оборудованием. Были исследованы технологии разработки фунта бульдозером и скрепером с управляемой ножевой системой и ГЭ с ковшами, оснащенными очистным ножом и поворотным днищем. Анализ их результатов показал, что использование новых ножевых систем по двухэтажной

технологии копания при которой за счет варьирования шириной резания управляемыми боковыми секциями у скрепера и средней с бульдозера позволило снизить сопротивление копанию в среднем до 15—25%, увеличить толщину срезаемой стружки до 35...50%(что повысило ее пробивную способность), увеличить объем призмы волочения на 13...19 % и грунта в ковше, увеличить коэффициент наполнения с К„ = 0,8...0,9 до К„ = 1,15...1,2. Разработка грунта только выступающими элементами управляемой ножевой системы снижает длину пути копания ЗМ в среднем на 8...15% и осуществляет работу на большей скорости до 13...18%.

АЧ. %

30

15

-—

лУ а]

8

10

12

5,

Рис. 16. Зависимость снижения вместимости ковша от толщины налипшего грунта: 1 — для ковша 0,5 м3; 2 - для ковша 0,8 м3; 3 - для ковша 1,2 м3.

0,5 0,65 0,8 0,95 Я, М

Рис. 17. Изменение длины пути копания грунта в зависимости от вместимости ковша ГЭ при разработке: 1 - суглинки нормальной влажности = 12... 15%); 2 - переувлажненного суглинка (V/ = 18...25%).

Анализ данных показал, что при разработке, например, грунтов 3 категории (Суд= 10; у = 1,85 т/м3, и = 25%) бульдозером и скрепером с управляемыми ножевыми системами осуществлялось (без пробуксовок) на скоростях, увеличение которых составило на 1 н - в 1,23 раза, на 1 у - в 1,08; на 2 н - в 1,09 раза за счет то-

го, что устраняется неравномерность использования тяговых усилий и мощности двигателя при варьировании шириной копания и, тем самым, обеспечивалась работа на стабилизированной толщине стружки грунта. Технологические схемы ЗМ при производстве работ большого влияния на скорости копания не оказывают. Установлено, что целесообразно осуществлять копание грунта на передачах не выше, чем вторая нормальная, а транспортировать - на 1у и 2н.

Экспериментально доказано, что управляемая ножевая система устраняет недостатки ступенчатых ножей по ухудшению планирующей способности ЗМ при использовании их в комплексах и снижает потери грунта из ковша при транспортировке, она обеспечивает максимальную концентрацию усилий при копании выступающими элементами на З0...40% большими, по величине, что способствует эффективности разработки более прочных грунтов и, в первую очередь это относится к конструкции на основе ступенчатого ножа (№3) с выступающими боковыми элементами.

Подтверждена также эффективность применения ковшей ГЭ с очистным ножом и с поворотным днищем. Очистной нож способствует продвижению грунта внутрь ковша и снижает сопротивление копанию до 3...8%, путь копания для обоих конструкций меньше на 8...17% против эталонного в грунтах повышенной прочности и влажности со > 15%. Ковш с поворотным днищем предварительно повернутый относительно рукояти в сторону копания на угол 25...30° позволяет интенсифицировать разработку грунта. Такой ковш при повернутом в верхнее положение поворотном днище имеет дополнительную функцию так как может работать в режиме бульдозерного отвала, но энергоемкость копания в 1,5...2 раза увеличивается. Работа новых ковшей характеризуется более стабильными показателями очистки и объем налипшего грунта в среднем составил 5—8%. Производительность ковша с очистным ножом выше традиционного на 12—19%, а для ковша с поворотным днищем на 18-23%.

Экспериментальные исследования этих рабочих органов ЗМ выявили новые технологические возможности разработки грунта, в том числе в составе комплексов.

На третьем этапе экспериментальных исследований в производственных условиях определялась достоверность экономико-математического и организационно-технологического моделирования и оптимизации параметров производства работ на строительстве объектов осушения ЗМ с применением традиционного и нового рабочего оборудования.

В результате этих исследований выявлено, что производительность ЗМ в наибольшей степени зависит от дальности транспортировки грунта, удельных объемов работ, типоразмера машин и от технологической схемы использования.

При производстве планировочных работ на объекте в Пермской области наиболее эффективны оказались комбинированные технологические схемы. Так для разработки переувлажненного участка площадью 12,8 га с удельным объемом работ 1500 м3/га (15 делянок) и средневзвешенной дальностью перемещения 168 м наиболее эффективной оказалась работа бульдозерного комплекса из 5 машин. Оптимальный комплекс на делянках (2,8,11,15) исследовался по спаренной схеме работы, траншейной, челночно-поперечной. На всех делянках комплекс, вклю-

чающий наряду с традиционными новый бульдозер показал более высокую производительность в среднем на 28,6% так, на делянке 8 новый бульдозер поперечными копаниями формировал промежуточный вал, а стандартный - транспортировал грунт из вала в кавальер в перпендикулярном направлении (рис.18).

Использование оптимальных комплексов увеличило производительность в среднем на 21,8%, срок производства работ сократили на 11%, стоимость - на 24,6%, а трудоемкость на 24,1%. При этом качество планировки осталось высоким. В табл. 1 приведены данные экспериментальных исследований с достаточной достоверностью (разброс значений не выше 6...8%) подтверждающие данные теоретических расчетов, а технико-экономические показатели комплексов бульдозеров приведены ниже в главе 5.

Организационно-технологические процессы производства планировочных работ скреперами изучались на тех же объектах, в тех же 1рунтовых условиях, но с большими расстояниями перемещения грунта по схеме "насыпь-выемка". Изучение влияния технологических схем на технико-экономические показатели комплексов производилось с включением в их состав скреперов с управляемой ножевой системой по следующим схемам: "по эллипсу", "по спирали", "челночно-поперечной", по контурно-полосовой и полосовой, а на насыпях - "по восьмерке".

Рис. 18 Комбинированная технологическая схема производства планировочных работ комплексом бульдозеров: Б1- бульдозер традиционный; Б2 - бульдозер с управляемой ножевой системой (-► рабочий ход; //—►холостой ход).

Оптимальной технологической схемой для всех комплексов с перемещением фунта на расстояние до 260-300 м, оказалась схема работы "по эллипсу". Все комплексы работали без толкачей. Данные исследований показали преимущество комплекса, в состав которого включен скрепер с управляемой ножевой системой, который обеспечил увеличение производительности и повышения коэффициента наполнения ковша за счет разработки грунта более толстой стружкой. Производительность скреперов составила Збм3/ч при дальности перемещения до 300 м и комплекса в целом 72,3 м3/ч, что соответствует расчетным данным с 8...9% погрешностью. Качественные показатели производства работ остались на уровне требований.

Исследования организационно-технологических процессов оптимизации параметров экскаваторных работ в производственных условиях выполнялись при строительстве русла осушительного канала в Пермской и Брянской областях. Изучалось влияние технологических схем (центральной, внецешренной, боковой открытой и боковой закрытой) на технико-экономические показатели ГЭ (табл.2), оснащенного ковшами усовершенствованных конструкции.

Таблица 1

Параметры технологии разработки грунта при перемещении призмы _ _волочения до 75 м._

Длина копания, м Объем призмы волочения,

Тип бульдозера Технологическая схема м

Оптимиз. Эксперимент. Оптимиз. Эксперимент.

ДЗ-27 с длиной Послойная 4,92 5,01 2,19 2,1

отвала В=3,1 м Траншейная (Н=0,6 м) 5,24 5,49 2,34 2,3

и управляемой С промежуточными ва- 4,92 5,01 3,24 3,31

ножевой сис- лами

темой Спаренная 5,08 5,03 2,27 2,5

Дз-42 и ДЗ-27 с Послойная 3,34 3,48 2,31 2,2

длиной отвала Траншейная 3,91 4,03 2,7 2,6

В=3,8 м и С промежуточными ва- 3,34 3,51 3,37 3,51

управляемой лами

ножевой Спаренная 3,47 3,56 2,4 2,45

системой

Таблица 2

Результаты экспериментальных исследований технологии работы ГЭ

Проходки ГЭ Традиционный Ковш с очистным нож./ Ковш секционного типа

ковш поворотным днищем

и с И, м'/ч 1и,С П, м3/ч с П. м3/ч

Центральная 25,1 79,4 22,2 118,65 22,3 148,13

Внецентренная 28,3 72,3 24,7 97,04 26,1 116,03

Боковая 26,2 78,3 23,9 109,6 23,3 129,91

Участок исследований был представлен суглинком I категории с влажностью в среднем со = 19% и супесчанными плывунными грунтами с а = 18-25%, местами глубина слоя воды в забое не превышала 15 см. В результате исследований получены данные, подтвердившие эффективность применения ковша секционного типа в малосвязных грунтах и ковшей ГЭ с очистными системами в переувлажненных. Толшина стенки прочно залипшего грунта на днище ковша доходила до 50 мм, а у задней стенки - до 60 мм. Примерно 35% всех циклов экскавации выполнялось с перетряхиванием традиционного ковша для полной выгрузки фунта, продолжительностью в среднем 3,8 с, а минимальное составило г„ = 22,26 с.

В таблице 3 приведены данные сравнительных испытаний ГЭ с ковшом традиционного типа и ковшом, оснащенным поворотным днищем на разработке осушительного канала разными технологическими схемами.

При работе на центральной и боковой проходках, экскаватор работает с наибольшей производительностью, чем при внецентренной. Значения основных параметров и показателей оптимального процесса работы, полученные оптимизационным расчетом и, полученные экспериментально, свидетельствуют о допустимой степени сходимости.

Таблица 3

Технико-экономическое сравнение показателей ЭО-4124_

Наименование параметров Значение параметра

эксперимент. оптимизацион.

Вместимость ковша, м3 0,65 0,65

Длина передвижки для проходок, м:

- центральной 1,5 1,5

- внецентренной 1,3 1,3

- боковой 1,2 1,2

Коэффициент наполнения ковша 1,05 1,05

Продолжительность цикла экскавации, с при:

- цептрхтьной проходке 23,6 20,84

- внецентренной проходке 24,8 22,1

- боковой проходке 24,9 23.3

Эксплуатационная производительность, м3/ч при:

- центральной проходке 68,1 79,2

- внецентренной проходке 65,5 69,9

- боковой проходке 64,3 68,6

При выполнении работы традиционным рабочим оборудовании на I участке канала и сравнении разных технологии было установлено, что применение оптимальной - центральной проходки обеспечило повышении производительности на 16,3% и снижение себестоимости на 12,1%. При выполнении работы с оптимальными технологическими параметрами и применением ковша ГЭ с поворотным днищем производительность увеличилась на 18,7% против базовой.

При исследовании математической модели получены результаты, анализ которых показал, что разброс значений производительности ГЭ по оптимальному и базовому варианту процесса разработки I участка канала в п.Новая Гута Брянской области составило 10-11%, что подтвердило достоверность этих данных.

Глава 5 Практическая реализация результатов научных исследований и их экономическая эффективность

При планировке земель бульдозерами рекомендуются следующие технологические схемы и условия их эффективного производства работ:

- послойная схема (при дальности транспортировки грунта до 20...25 м и толщиной срезаемой стружки до 0,25...0,4 м);

- траншейная схема (при толщине стружки более 0,35.. .0,65 м);

- схема перемещения грунта спаренными бульдозерами (при дальности транспортировки до 50...80 м и толщине срезаемой стружки 0,4. ..0,7 м);

- схема перемещения грунта с промежуточными валами (при дальности транспортировки до 80 м и толщине срезаемой стружки 0,4...0,5 м);

- комбинированная схема №1 - сочетание послойной схемы срезки грунта новыми бульдозерами и транспортировки его в промежуточные валы спаренными традиционными бульдозерами, либо бульдозерами с управляемой ножевой системой;

- комбинированная схема №2 - сочетание послойной и траншейной и схемы с промежуточными валами (на основе применения в комплексах бульдозеров с управляемой ножевой системой);

При выполнении планировочных работ скреперами в зависимости от расположения насыпей и выемок, прочности грунта и нормальной естественной влажности (оптимальная 12... 15%), не превышающей 18...22% рекомендуется:

- послойная схема с разработкой стружки грунта (в соответствии с тяговым классом базовой машины), до 0,05...0,15 м и небольших расстояниях перемещения грунта, а для скреперов с управляемой ножевой системой соответственно до 0,15...0,35 м и расстояния транспортировки не более 220 м ;

- послойная схема с разработкой стружки грунта (с применением толкача - для традиционного скрепера), а для скрепера с управляемой ножевой системой толщина стружки до 0,25...0,35 м (без применения толкача) по двухэтапной технологии разработки грунта.

Для организации работ скреперами на планировке земель рекомендуются следующие технологические схемы:

- полосовая - при соблюдении баланса срезок и насыпей (ширина полосы 20...50 м) на расстояние транспортировки не выше 200. ..250 м;

- контурно-полосовая - для скрепера с управляемой ножевой системой с разработкой стружки грунта толщиной 0,2.. .0,4 м при рассредоточенных объемах по участку планировки по двухэтапной технологии разработки грунта.

Применение этих технологий повышает производительность ЗМ и снижение себестоимости до 25...30%.

Для экскаваторных работ в зависимости от объемов разработки, параметров осушительного канала, а также свойств грунта и типоразмера ГЭ рекомендуется центральная лобовая проходка с отсыпкой грунта в односторонние или двухсторонние отвалы, а для широких каналов - лобовая внецентренная.

При этом норма трудозатрат составляет но 100 м3 грунта 3,78 чел-ч, а стоимость затрат труда 178,6 руб.

Разработан и рекомендован для применения технологический комплекс ЗМ с новым рабочим оборудованием.

Для объектов строительства с удельным объемом работ до 1000 м3/га и более сложными грунтовыми условиями:

- бульдозер с управляемой ножевой системой - высокоэффективен на разработке прочных грунтов нормальной естественной влажности, повышающий производительность на 25. ..35%;

- скрепер с управляемой ножевой системой - высокоэффективен на разработке прочных грунтов, повышающий производительность на 18...30%;

- гидразлический экскаватор с ковшом, оборудованным очистным ножом - высокоэффективен на разработке переувлажнешшх суглинкоз (со=18...30%), повышающий производительность на 18. ..23%;

- гидравлический экскаватор, оборудованный ковшом с поворотным днищем -высокоэффективен на разработке переувлажненных суглднков, повышении производительности до 23.. .30%;

- гидравлический экскаватор с ковшом секционного типа - высокоэффективен на разработке малосвязных, сыпучих грунтов, повышение производительности до 37%.

Для максимальной эффективности использования нового рабочего оборудования разработана методика расчета конструктивно-технологических параметров, базирующаяся на основных типоразмерах рабочего оборудования ЗМ, которые широко применяются при строительстве осушительных систем. Конструктивные схемы рекомендованного рабочего оборудования защищены более чем 70 авторскими свидетельствами на изобретете.

Предложена методика расчета оптимальных организационно-технологических параметров производства работ ЗМ (табл.4) , которая включает три этапа.

На первом этапе подготавливаются исходные данные, включающие рабочий план объекта с разбивкой на участки (делянки), организационно-технологические и экономические показатели производства работ. Для каждого участка рассчитываются объемы работ и средневзвешенную дальность транспортировки грунта. На этом этапе также выбираются машины из существующего парка строительной организации или ПМК, которые по своим характеристикам могут быть пригодны в заданных условиях, а также анализируются данные по конструктивному разнообразию сменного навесного рабочего оборудования ЗМ.

На втором этапе с использованием экономико-математической модели рассчитываются параметры ЗМ, их количество, технологическая схема разработки и использования по расстановке машин в комплексе с учетом вида сменного навесного рабочего оборудования. На основе полученных результатов, с исполь-

зованием разработанной организационно-технологической модели, рассчитываются продолжительности отдельных операций в технологической последовательности их выполнения.

На третьем этапе с использованием организационно-технологической модели рассчитываются календарный план производства работ и выполняется его анализ. В случае невыполнения каких-либо требований корректируются исходные данные для моделей и календарный план уточняется. Все расчеты выполняются на ЭВМ, на основе разработанных алгоритмов и программ оптимизационного расчета параметров производства работ.

Экономическая эффективность от внедрения рекомендуемых организационно-технологических процессов производства работ ЗМ при строительстве осушительных систем определялось с учетом снижения материальных, топливных и трудовых затрат.

Таблица 4

Результаты оптимизации производства работ комплексами машин на пла-

нировке

Показатели Производство работ бульдозерными комплексами Производство работ скреперными комплексами

Базовый вариант Оптимальный вариант Базовый вариант Оптимальный вариант

Удельные капиталовложения иа 1000 м3 грунта, руб/м3 0,1587 0,0947 0,1814 0,0987

Приведенные затраты (по участку работ), руб 161427,3 1035712,2 171469,1 109441,5

Стоимость разработки 1 м 3 грунта, руб. 0,284 0,212 0,184 0,121

Стоимость производства работ на участке, руб. 22717,7 17214,0 25726,1 19334,7

Трудоемкость производства работ: ч-час маш-см 5117 644 4092 575 412 384

Средняя производительность на участке, м /ч 27,1 36,5 66,9 72,1

Продолжительность работ на уча стке, дни 62 53 31 27

Экономический эффект, руб. 20003,0 19500,0

• в ценах 1991 года.

Годовой экономический эффект от внедрения технологий производства работ комплексами ЗМ с применением нового рабочего оборудования приведен в таблице 5.

В условиях заводского производства создан и освоен выпуск опытных партий нового рабочего оборудования бульдозеров, скреперов и ГЭ.

Экономические показатели внедрения оптимального расчета организационно-технологических параметров производства земляных работ на примере строи-

тельства осушительных систем "Фатеево" (площадь планировки 328,28 га объем работ 539,72 тыс.м3), "Веслянка" (табл.5) и отрывки участка осушительного канала в п. Новая Гута (табл. 6). Они показали, что использование оптимизационных методов расчета при выборе технологии производства работ в рамках ПОС и ППР, обеспечивает высокопроизводительную работу ЗМ и позволило получить экономический эффект только на одном объекте более 120 тыс. рублей, снизить кап. вложения и трудозатраты.

Таблица 5

Экономическая эффективность внедрения технологических процессов _производства работ с новым рабочим оборудованием

Наименование рабочего оборудования с ПД Годовой экономический эффект, тыс. руб. Снижение себестоимости, руб/м3 Снижение капиталовложений, руб/м3 Снижение трудоемкости, чел-ч/м3

Бульдозер с управд. нож. 12,5 0,035 0,050 0,039

системой

Скрепер с управл. нож. 9,868 0,039 0,044 0,019

системой

ГЭ с секционным ковшом 25,63 0,021 0,041 0,084

ГЭ с очистным ножом 5,6 0,029 0,042 0,035

ГЭ с поворот, днищем 5,8 0.027 0,042 0,035

Таблица 6

Показатели эффективности расчета оптимальных параметров __технологических процессов__

Вид работ Себестоимость работ, руб/м3 Капиталовложения, руб. Снижение трудоемкости, чел-ч Экономия топлива, руб. Экономический эффект, руб.

Планировка земель комлек. ЗМ 0,171 0,124 13365 72,86 90792

Суммарный экономический эффект от внедрения результатов исследований по диссертации составил более 473 тыс. рублей.

Основные выводы

1. Собранные и обобщенные в диссертации материалы по технологическим процессам строительства осушительных систем показали, что наибольшие объемы (60...80%) приходятся на ЗМ: бульдозеры (25...52%), скреперы (20...22%) и экскаваторы (25...47%). Низкие показатели использования парка ЗМ обусловлены сложными условиями строительства объектов осушения, в т. ч. природно-

климатическими, грунтовыми и организационными (всего более 20 факторов). Поэтому с целью повышения эффективности технологических процессов разработан комплекс методов по оптимизации трех основных групп управляемых параметров:

- технико-эксплуатационных параметров разработки грунта;

- технико-экономических параметров ОТ подготовки процессов и операций в рамках ППР и ПОС при использовании комплексов ЗМ;

- конструктивно-технологических параметров рабочего оборудования ЗМ, в т.ч. режущих систем, очистки, повышенной технологической адаптации к условиям строительства.

2. Установлено, что увеличение типоразмеров повышает производительность ЗМ для всех технологических схем, но снижение себестоимости характерно только для ограниченного их диапазона, определяемого условиями строительства объекта осушения. Увеличение длины транспортировки уменьшает производительность бульдозера (в основном из-за потерь грунта), что потребовало совершенствование технологии их использования. Увеличение типоразмеров целесообразно для бульдозеров по длине отвала до 3,0...3,8, у скреперов и ГЭ по вместимости ковша соответственно до 4,5...Ю м3 и до 0,8...1,2 м3.

3. Исследованиями установлены зависимости для определения основных параметров технологии разработки грунта ЗМ, анализ которых позволил обосновать эффективные технологические процессы для условий строительства объектов осушения. Выполнены исследования технологии разработки грунта ЗМ с новыми режущими системами управляемого типа и новыми системами разгрузки (очистки ковшей ГЭ).

4. Рекомендованы технические решения рабочего оборудования ЗМ, повышающие уровень их технологической адаптации к условиям строительства объектов осушения. Выявлены основные закономерности и специфические особенности разработки грунта новыми рабочими органами и предложена методика расчета их технико-эксплуатационных параметров. Исследования технологических процессов ЗМ с новым рабочим оборудованием в полевых и производственных условиях подтвердили их достаточную надежность, высокие технико-экономические показатели и хорошее качество выполнения работ.

5. Применение технологических процессов производства земляных работ при строительстве осушительных систем Нечерноземья комплексами ЗМ с оптимальными параметрами и схемами их использования, в т. ч. с новым рабочим оборудованием повышает производительность в 1,2... 1,4 раза, снижает затраты труда в 1,2—1,4 раза, энергоемкость процесса разработки грунта в 1,3...1,5 раз. Годовой экономический эффект от внедрения, рекомендованных технологий производства работ комплексами ЗМ с управляемыми ножевыми системами и системами очистки, составляет 2,86-8,16 тыс. руб., а использование методики оптимизационного расчета ОТ параметров производства работ составляет 0,3...0,5 тыс. руб. на 1 га.

Основное содержание диссертации изложено в следующих работах автора:

1 .Оптимизация технологии производства планировочных работ в мелиоративном строительстве /Материалы, технология и конструкции для Нечерноземья. -Брянск, 1985.- с. 195-196 (в соавторстве).

2.Пути повышения эффективности использования бульдозеров в строительстве /Оптимизация и эффективность строительства: Сб. научн. трудов ВИСИ. -Воронеж, Изд-во ВГУ, 1986. - с.71-74 (в соавторстве).

3.Скрепер с управляемой ножевой системой к трактору Т-100М /Информ. листок/ Брянский ЦНТИ. - 1980. - №63-80 (в соавторстве).

4.Оптимизация проектных решений производства работ одноковшовыми экскаваторами в строительстве /Депонированная рукопись ВНИИСА, вып. 4. - М., 1987.-с. 12.

5.Организационно-технологическое совершенствование производства земляных работ бульдозерными агрегатами в мелиоративном строительстве /Депонированная рукопись ВНИИСА, вып. 4. - М., 1986. - с. 36.

б.Оптимизация распределения техники при мелиорации земель агропромышленного комплекса Нечерноземья //Информ. листок / Брянский ЦНТИ. - 1988. - № 9 - 88 (в соавторстве).

7.Формирование технологических комплексов машин бульдозерного типа //Совершенствование технологии, снижение ручного труда, контроль и стандартизация в строительстве. - Брянск, 1986.-е. 140-141 (в соавторстве).

8.Эффективная технология производства земляных работ бульдозерными комплексами //Информ. листок/ Брянский ЦНТИ.-1987.-№63-88 (в соавторстве).

9.Совершенствование технологии производства земляных работ гидравлическими экскаваторами с обратной лопатой /Научно-технический прогресс в строительстве. — Брянск. - 1989. - с. 62-64 (в соавторстве).

Ю.Гибкие технологические процессы производства земляных работ в строительстве /Сборник предлагаемых для внедрения в производство научно-технических разработок. - Брянск, 1990. - с. 30 - 33 (в соавторстве).

11 .Активные рабочие органы машин цикличного действия для производства земляных работ в строительстве /Сборник предлагаемых для внедрения в производство научно-технических разработок. - Брянск, 1990. - с. 33-37 (в соавторстве).

12.Бульдозерное оборудование. Авт. свид. № 767293. - Б.И., 1980, № 36.

13.Бульдозер. Авт. свид. № 866060. -Б.И., 19 81, № 35 (в соавторстве).

14.Рабочее оборудование экскаватора. Авт. свид. № 933882. - Б.И., 1982, №21 (в соавторстве).

15.Повышение эффективности работ нулевого цикла гидравлическими экскаваторами. /Разработка, исследование и внедрение материалов, конструкций, технологий для монолитного домостроения; Сб. научн. трудов. - Брянск. Оргтехст-рой, 1990, - с. 27-31 (в соавторстве).

16.Активные рабочие органы машин циклического действия для производства земляных работ в строительстве. /Сборник предлагаемых для внедрения в про-

изводство научно-технических разработок,- Брянский ЦНТИ, 1990 (в соавторстве).

17.0рганизационно-технологическое моделирование производства планировочных работ скреперами. /Сб. научн. трудов БТИ.-Брянск, 1994.-е. 12-14.

18.К вопросу разработки САПР на земляные работы в строительстве. /Сб. научн. трудов БТИ. - Брянск, 1995. - с. 37-41.

19.Эффективность внедрения организационно-технологических моделей на стадии подготовки 111 IP на земляные работы. /Сб. научн. трудов БТИ. - Брянск, 1995.

20.Методика оптимизационного расчета угла поворота рабочего оборудования одноковшовых экскаваторов. /Вклад ученых и специалистов в национальную экономику матер, -технич. конференции. - Брянск, 1998 (в соавторстве).

21.Организационно-технологическое моделирование производства земляных работ в строительстве. Учебн. пособие. - Брянск, 1997. - с. 205.

22.Методология повышения технологичности использования маши на земляных работах /Проблемы строительного и дорожного комплексов. Труды международной научно-технической конференции. - Брянск, 1998. - с. 250-254 (в соавторстве).

23.Повышение эффективности применения экскаваторов в сложных условиях эксплуатации /Проблемы строительного и дорожного комплексов.. Труды международной научно-технической конференции. - Брянск, 1998. - с. 274-276 (в соавторстве).

24.Некоторые результаты экспериментальных исследований рабочих процессов экскаваторов /Проблемы строительного и дорожного комплексов. Труды международной научно-технической конференции. - Брянск, 1998. - с. 276-280 (в соавторстве).

25.Повышение эффективности использования одноковшовых экскаваторов. /Вклад ученых и специалистов в национальную экономику. Матер. научн.-технич. Конференции. Том 3. -Брянск, 1998. - с. 69-71 (в соавторстве).

26.0рганизационно-технологическое моделирование производства работ одноковшовыми экскаваторами. Учебн. пособие. - Брянск, 1998. - с. 138.

27.Интенсификация производства малообъемных работ бульдозерами. Учебн. пособие. - Брянск, 1999. - с. 157 (в соавторстве).