Організація виконання земляних робіт на основі оцінки показників експлуатаційної продуктивності будівельних машин

Размещено на http://www.allbest.ru/

ДЕРЖАВНИЙ ВИЩИЙ НАВЧАЛЬНИЙ ЗАКЛАД

«ПРИДНІПРОВСЬКА ДЕРЖАВНА АКАДЕМІЯ

БУДІВНИЦТВА ТА АРХІТЕКТУРИ»

УДК 621.879:69

Автореферат

дисертації на здобуття наукового ступеня

кандидата технічних наук

ОРГАНІЗАЦІЯ ВИКОНАННЯ ЗЕМЛЯНИХ РОБІТ НА ОСНОВІ ОЦІНКИ ПОКАЗНИКІВ ЕКСПЛУАТАЦІЙНОЇ ПРОДУКТИВНОСТІ БУДІВЕЛЬНИХ МАШИН

05.23.08 - технологія та організація

промислового та цивільного будівництва

КОНОНОВ СЕРГІЙ ІВАНОВИЧ

Дніпропетровськ - 2010

Дисертацією є рукопис.

Робота виконана в Запорізькій державній інженерній академії (ЗДІА) Міністерства освіти і науки України та Державному вищому навчальному закладі «Придніпровська державна академія будівництва та архітектури» Міністерства освіти і науки України.

Науковий керівник: доктор технічних наук, професор Хмара Леонід Андрійович, Державний вищий навчальний заклад «Придніпровська державна академія будівництва та архітектури», завідувач кафедри будівельних і дорожніх машин.

Офіційні опоненти: доктор технічних наук, професор Білоконь Анатолій Іванович, Державний вищий навчальний заклад «Придніпровська державна академія будівництва та архітектури», декан будівельного факультету, професор кафедри технології будівельного виробництва;

кандидат технічних наук, професор Уваров Євген Павлович, Головний інститут проблем реконструкції, експлуатації та інженерного захисту промислових, житлових і цивільних об'єктів «Академпромжитлореконструкція» Академії будівництва України, заступник директора з наукової роботи.

Захист відбудеться 25 листопада 2010 р. о 13⁰⁰ годині на засіданні спеціалізованої вченої ради Д 08.085.01 при Державному вищому навчальному закладі «Придніпровська державна академія будівництва та архітектури» за адресою: 49600, м. Дніпропетровськ, вул. Чернишевського, 24а, ауд. 202.

З дисертацією можна ознайомитись у бібліотеці Державного вищого навчального закладу «Придніпровська державна академія будівництва та архітектури» (49600, м. Дніпропетровськ, вул. Чернишевського, 24а).

Автореферат розісланий 22 жовтня 2010 р.

Вчений секретар

спеціалізованої вченої ради Т.С. Кравчуновська

ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА РОБОТИ

Актуальність теми. В умовах ринкових відносин важливим є питання економії використання матеріальних коштів і енергетичних ресурсів в будівельній галузі, зокрема при організації виконання земляних робіт на основі наукового супроводження будівельних машин на етапі їх вибору із наявного парку. Під науковим супроводженням автор розуміє техніко - економічний аналіз організації виконання земляних робіт на основі оцінки показників експлуатаційної продуктивності завдяки вибору будівельних машин для виконання заданого обсягу земляних робіт. На сучасному етапі розвитку виробництва земляних робіт для економії матеріальних коштів і енергетичних витрат є істотні резерви для підвищення ефективності виконання робіт та зниження їх собівартості за рахунок моделювання засобами комп'ютерних технологій вибору машин для земляних робіт, враховуючи питомі показники: матеріалоємності та енергоємності, а також узагальнені показники енергоємності і матеріалоємності вибраних машин із наявного парку з урахуванням поставленої задачі: обсягу робіт; часу виконання робіт; відстані, на яку переміщується грунт; рівня складності виробництва земляних робіт (тип ґрунту, кут природного ухилу ґрунту, пора року); техніко-економічних і експлуатаційних показників вибраних машин. Аналіз розглянутих чинників і отриманих результатів дозволяє здійснити ефективний вибір машин.

Таким чином, актуальність роботи обумовлена необхідністю вдосконалення існуючих методик організації виконання земляних робіт на основі ефективного вибору будівельних машин на прикладі різнотипних машин: бульдозерів, скреперів, автогрейдерів, екскаваторів.

Зв'язок роботи з науковими програмами, планами, темами. Наукові дослідження, викладені в дисертаційній роботі, виконані відповідно до напряму наукової роботи кафедри промислового та цивільного будівництва ЗДІА, згідно з програмами науково-дослідних робіт «Системотехніка організаційно-технологічних та логістичних етапів управління проектами (у будівництві)» (№ держреєстрації 0109U000654, 2008-2010 рр., рівень участі здобувача - виконавець) та «Системотехнічні основи дослідження і розробки енерго-ресурсозбережувальних технологій та організаційно-технологічні рішення зведення, реконструкції та відновлення будівель і споруд» (шифр 21-1ДВ/04, 2007-2009 рр., наказ ЗДІА №491-01 від 06.12.2007 р., рівень участі здобувача - виконавець).

Мета і завдання дослідження. Метою роботи є підвищення ефективності будівництва при виконанні земляних робіт за рахунок організації раціонального вибору будівельних машин із наявного парку з урахуванням обсягів і термінів виконання робіт, технічних і економічних параметрів машин.

Сформульована мета зумовила необхідність вирішення наступних завдань дисертаційної роботи:

- встановити і систематизувати фактори, що впливають на ефективність вибору будівельних машин, провести аналіз і обґрунтувати вибір критерію оцінки ефективності використання парку машин;

- розробити математичну модель і алгоритм ефективного вибору будівельної машини або комплекту засобів механізації для ведення земляних робіт;

- розробити підхід, що дозволить здійснювати вибір машин і враховувати технічні та економічні умови (потужність, продуктивність, тривалість виконання робіт, рівень складності, відстань між об'єктами, собівартість продукції та інші витрати);

- розробити автоматизовану систему, в основу якої покладено математичну модель, що дозволяє вибрати ефективну машину з наявного парку за її технічними та економічними показниками з урахуванням поставленого завдання: обсягу робіт, часу для його виконання, рівня складності виробництва земляних робіт, відстані, на яку переміщується грунт, і визначити вплив цих чинників на ефективність вибору машини;

- визначити економічну ефективність вибору машин і ступінь підвищення ефективності будівництва при веденні земляних робіт за рахунок досягнення раціонального вибору машин.

Об'єкт дослідження: процес організації виконання земляних робіт будівельними машинами.

Предмет дослідження: закономірності зміни техніко-економічних показників вибраного комплекту будівельних машин для земляних робіт (бульдозери, скрепери, автогрейдери, екскаватори) під впливом показників експлуатаційної продуктивності.

Методи дослідження: імітаційне моделювання залежно від умов вибору організації виконання земляних робіт комплектом будівельної техніки за питомими показниками матеріалоємності, енергоємності, узагальненим показником матеріалоємності та енергоємності, а також розроблених нових технічних рішень, що підвищують показники ефективності використання будівельних машин; кореляційний і регресійний аналіз для встановлення залежності вартості придбання машини від маси та потужності машини; математичне моделювання для визначення функціональних залежностей техніко-економічних показників від параметрів, що досліджуються; графічний метод для відображення гістограм отриманих залежностей.

Наукова новизна одержаних результатів:

- вперше встановлено закономірності зміни показників ефективності виконання земляних робіт в умовах раціонального вибору як окремих будівельних машин, так і їх комплектів на основі питомих показників матеріалоємності, енергоємності, узагальнених показників енергоємності і матеріалоємності при заданих значеннях обсягів робіт, термінів виконання робіт, рівня складності виконання земляних робіт (тип ґрунту, кут природного ухилу ґрунту, пора року), відстані, на яку переміщується ґрунт, можливості модернізації робочого органа машини;

- розроблено математичні моделі, що дозволяють здійснювати вибір будівельних машин для ведення земляних робіт за багатокритеріальною оцінкою методом перебору отриманих результатів питомих показників матеріалоємності та енергоємності, узагальненого показника енергоємності і матеріалоємності, експлуатаційної продуктивності, а також собівартості машино-години та сумарної вартості експлуатації машини, враховуючи технічні та економічні умови: потужність, продуктивність, тривалість виконання робіт, рівень складності, відстань між об'єктами, собівартість продукції, пору року, робочий орган машини (дістало подальший розвиток);

- одержала подальший розвиток автоматизована комп'ютерна база даних сучасних засобів механізації, що дозволяє вибрати методом перебору із запропонованого парку ефективну машину або комплект машин (бульдозери, скрепери, автогрейдери, екскаватори) за показниками експлуатаційної продуктивності з урахуванням технічних і економічних показників: обсягів робіт, термінів виконання робіт, рівня складності виробництва земляних робіт, відстані, на яку переміщується ґрунт, модернізації робочого органу, конструктивних особливостей земляної споруди, кліматичних, геологічних умов (рельєф місцевості, фізико-механічні властивості ґрунту та його стан);

- запропоновано та обґрунтовано вдосконалений методологічний підхід до визначення оцінки вибору машин шляхом об'єднання окремих прогресивних розробок в галузі підвищення ефективності експлуатації парків будівельних машин.

Практичне значення одержаних результатів полягає в розробці рекомендацій з ефективного вибору будівельних машин для земляних робіт (бульдозер, скрепер, автогрейдер, екскаватор) за технічними та економічними показниками, враховуючи: обсяг робіт, термін їх виконання, рівень складності та умови ведення робіт.

Методика і рекомендації щодо процесу організації виконання земляних робіт на основі оцінки показників експлуатаційної продуктивності будівельних машин використані підприємством ТОВ «Буденергомонтаж» (м. Енергодар), ПП «Запас-1» (м. Запоріжжя), впроваджені в навчальний процес Державного вищого навчального закладу «Запорізький будівельний коледж» та Запорізької державної інженерної академії.

При виборі ефективної машини для оцінюваного парку економічний ефект з одного об'єкту складає: для екскаватора - 10 - 465,10 грн., для бульдозера - 310,01 - 1860,07 грн., для автогрейдерів - 2906,76 грн. Для оцінюваних трьох парків скреперів і обсягу робіт (Q = 10000 м³) економічний ефект від вибору ефективного парку складає від 20420,8 до 36114 грн.

Автором розроблено автоматизовану систему «Програма вибору ефективних засобів механізації», яка дозволяє здійснювати обробку даних та аналіз результатів вибору машин для земляних робіт на прикладі бульдозерів, скреперів, автогрейдерів, екскаваторів.

Особистий внесок здобувача в опублікованих у співавторстві працях полягає в наступному: в працях [1-8] виконано аналіз сучасних вирішень завдання з вибору будівельних машин; в працях [2-5, 8] розроблено і обґрунтовано методику, а також рекомендації щодо супроводження машин для земляних робіт на етапі їх вибору; у патенті [9] авторові належить ідея закріпити на бокових торцях відвалу бульдозера бокові відкрилки з вікнами, в яких вертикально закріплені ланцюги; у патенті [10] авторові належить ідея встановлення на скосах відвалу відкрилків, орієнтованих в напрямку призми волочіння.

Апробація результатів дисертації. Результати роботи доповідалися та одержали позитивну оцінку на XII, XIII, XIV науково-технічних конференціях студентів, магістрантів, аспірантів і викладачів Запорізької державної інженерної академії (м. Запоріжжя, 2007 - 2009 рр.), Всеукраїнському науково-практичному семінарі «Розроблення та впровадження у будівельне виробництво нових машин і обладнання для приготування та транспортування по трубопроводах будівельних розчинів» (м. Полтава, 2009 р.).

Публікації. Теоретичні положення, основні результати, висновки та рекомендації дисертаційної роботи опубліковано в 10 наукових працях, у тому числі в 5 статтях в наукових фахових виданнях згідно переліку ВАК України, 3 тезах доповідей і 2 патентах України.

Структура та обсяг дисертації. Дисертація складається з вступу, чотирьох розділів, загальних висновків, списку використаних джерел зі 115 найменувань, 2 додатків. Дисертація містить 63 рисунка і 29 таблиць. Загальний обсяг дисертації складає 177 сторінок.

ОСНОВНИЙ ЗМІСТ РОБОТИ

У вступі обґрунтовано актуальність теми, сформульовано мету і завдання дослідження, викладено наукову новизну і практичне значення одержаних результатів, наведено дані щодо апробації результатів дисертації та публікацій.

У першому розділі представлений огляд і аналіз науково-технічної інформації з питання організації виконання земляних робіт за рахунок підвищення ефективності використання будівельних машин. Цьому питанню присвячені роботи вчених: О.С. Аннєнкової, В.Л. Баладінського, В.І. Баловнєва, А.І. Білоконя, Ю.І. Бєлякова, Ю.О. Вєтрова, П.С. Грінкевича, О.А. Гусакова, В.Я. Дворкового, С.М. Дерев'янка, В.А. Євдокимова, С.Є. Канторера, М.С. Канюки, Є. М. Кудрявцева, Г.М. Максимова, С.П. Озорніна, І.Д. Павлова, В.О. Пенчука, А.В. Резуника, С.Б. Ріпина, В.М. Рогожкіна, П.І. Сорокіна, М.Д. Спектора, В.І. Теліченка, Р.Б. Тяна, Л.А. Хмари, А.М. Холодова, Х.А. Фасхієва, П.Т. Фролова та інших.

На сьогодні вирішено низку теоретичних і практичних завдань, пов'язаних з процесом організації виконання земляних робіт на основі вибору будівельної машини або комплекту машин, в яких розглянуті шляхи підвищення ефективності використання будівельних машин, питання технології та організації виробництва земляних робіт на об'єктах. Кожна робота відрізняється постановкою завдання, різноманітністю врахування організаційних та технічних факторів і застосовуваним математичним апаратом.

З розвитком науково-технічного прогресу деякі методики, які ще вчора відповідали всім вимогам, на сьогодні є застарілими і не дають повної уяви для ефективного вибору будівельних машин.

Сформульовано наукову гіпотезу досліджень, яка припускає, що наукове супроводження будівельних машин на етапі їх вибору за багатокритеріальною оцінкою методом перебору з вибраних комплектів машин і визначенням найбільш ефективного, ґрунтуючись на питомих показниках матеріалоємності, енергоємності, узагальнених показниках енергоємності і матеріалоємності, загальної суми витрат, доповнених вхідними даними: показником тривалості виконання робіт, обсягом робіт, ґрунтовими умовами, умовами ведення робіт, рівнем складності виробництва земляних робіт, ефективністю робочого органу будівельної машини, покращує організацію виконання земляних робіт та зменшує їх собівартість.

Другий розділ присвячений факторам, що впливають на організацію виконання земляних робіт та ефективність використання будівельних машин.

За допомогою програми STATISTICA побудовано графіки залежності вартості придбання будівельних машин (С) від маси (G) і потужності (N), за якими здійснено апроксимацію та визначено рівняння регресії (табл. 1) на прикладі бульдозера, скрепера, екскаватора, автогрейдера (рис. 1).

Таблиця 1. Рівняння регресії для визначення вартості придбання будівельної машини в залежності від потужності і маси

№	Найменування	Рівняння регресії
1	Бульдозери	СбN = -111,3522 + 0,00023·NБ СбG = -15396,6148 + 0,03295·GБ СбNG = 4,9945·105+4672,9447·Nб -3,0473·GБ
2	Скрепери	СсN = 70,5293 + 0,000094·NС СсG= 7058,2871 + 0,014239·GС СcNG = -6,8889·105+9038,6779·NС+9,7947·GС
3	Екскаватори	СеN = -115,1020 + 20,0903·NЕ СеG= -19216,2182 + 0,0366·GЕ СеNG = 5,7211·105+4106,1482·NЕ+4,2968·GЕ
4	Автогрейдери	СаN = 66,1348 + 6,7172·NА СаG = 7,5497 + 0,65767·GА

Примітка: Сб, Сс, Се, Са - вартості придбання відповідно бульдозера, скрепера, екскаватора, автогрейдера в залежності від потужності (N), маси (G) та узагальненого показника енергоємності та матеріалоємності (NG) машини.

а)

б)

Рис. 1. Залежність вартості машини С від потужності N (а) та від маси G (б): 1 - бульдозер; 2 - скрепер; 3 - екскаватор; 4 - автогрейдер.

Умовами для забезпечення ефективного вибору будівельних машин є:

П, G, N, G_пит , N_пит , П_NG , С_пит, С,

де П - експлуатаційна продуктивність машини, м³/год; G - маса вибраної машини, кг; N - потужність вибраної машини, кВт; G_пит - питомий показник матеріалоємності, (кгЧгод)/м³; N_пит - питомий показник енергоємності, (кВтЧгод)/м³; П_NG - узагальнений показник енергоємності та матеріалоємності машини, (кгЧкВт)/(м³/год); С_пит - питома сума витрат, (грн.Чгод)/м³; С - загальна сума витрат, грн.

Для наукового супроводження машин для земляних робіт на етапі їх вибору розроблено алгоритм імітаційної моделі (рис. 2) з наступними показниками: К_С - коефіцієнт використання машини в залежності від пори року; К_А - коефіцієнт, що враховує втрати грунту; К_Р - коефіцієнт розпушування ґрунту; К_В - коефіцієнт використання машини за часом.



Рис. 2. Алгоритм імітаційної моделі вибору машин для земляних робіт

Дані по бульдозеру (рис. 2): В - довжина відвала бульдозера, м; Н - висота відвала, м; _р - швидкість руху бульдозера при різанні грунту, км/год; _ГР - швидкість руху бульдозера при переміщенні грунту, км/год; _З - швидкість руху бульдозера при зворотньому шляху, км/год; t_п - час на перемикання передач, с; К_УХИЛ - коефіцієнт, що враховує вплив ухилу на продуктивність; t_пов - час на поворот бульдозера, с; t_о - час на опускання відвалу, с; Кq - коефіцієнт, що враховує можливі зміни об'єму призми волочіння; К_Е - коефіцієнт, що враховує ефективність комбінованих методів інтенсифікації дії на ґрунт.

Дані по скреперу (рис. 2): V- геометрична місткість ковша скрепера, м³; Т_Ц - час циклу, с; _н, _гр, _р, _з - швидкості набору, переміщення, розвантаження, зворотнього руху відповідно, км/год; t_пов - час одного повороту за цикл, с; п₁ - число поворотів за цикл; h - максимальна глибина різання, м; L - ширина різання, м; в - середня товщина шару відсипання, м; а - ширина смуги різання, м; К_{Н -} коефіцієнт наповнення ковша; К_Е - коефіцієнт, що враховує ефективність комбінованих методів інтенсифікації дії на грунт; К_еп - коефіцієнт підвищення продуктивності скрепера.

Дані по автогрейдеру (рис. 2): f - коефіцієнт опору пересуванню автогрейдера; i - подоланий автогрейдером ухил, град; Н - висота відвала, м; L - довжина відвала, м; l_п - довжина переміщення грунту, м; h_ср - середня товщина стружки, м; - теоретична номінальна швидкість руху автогрейдера, м/с; ₃, _п, _о - робочі швидкості руху автогрейдера при зарізанні, переміщенні грунту і обробці насипу відповідно, км/год; l - довжина захватки, м; Кпп - коефіцієнт перекриття проходів при переміщенні валиків грунту; Кпз - коефіцієнт перекриття проходів при зарізі грунту; F_Н - площа поперечного перетину насипу, м²; lц - відстань між центрами тяги поперечного перетину резерву і половини насипу, м²; п₃, п_п, п_о - кількість проходів автогрейдера в одному напрямку при зарізанні, переміщенні та обробці насипу відповідно.

Дані по екскаватору (рис. 2): R - найбільший радіус копання, м; Н - найбільша глибина копання, м; Н1- найбільша висота розвантаження, м; R2 - радіус вивантаження в транспорт при висоті вивантаження 3 м; d - верхня бровка укосу, м; Нф - дійсна найбільша глибина копання, м; r - радіус повороту задньої частини поворотної платформи, м; а - найбільша довжина пересування, м; п - кут повороту платформи екскаватора, рад; q - геометрична місткість ковша екскаватора, м³; К_Н - коефіцієнт наповнення ковша; Т_Ц - час циклу, с; В - ширина ковша екскаватора, м; t_nⁿ - час повороту платформи екскаватора з порожнім ковшом, с; К_Е - коефіцієнт, що враховує ефективність комбінованих методів інтенсифікації дії на грунт; t_п³- час повороту платформи екскаватора із завантаженим ковшом, с; t_{p -} час розвантаження ковша, с.

Дані по самоскидам: - час циклу транспортної одиниці без урахування простою під завантаженням, год; l - довжина шляху переміщення завантаженого і порожнього транспорту, км; _зав - швидкість завантажених транспортних засобів, км/год; _пз - швидкість порожніх транспортних засобів, км/год; t_{пов -} час повороту транспортного засобу, год; t_р- час розвантаження транспорту, год.

Запропонована модель може бути використана при розробці технологічних карт на етапі ефективного вибору машин для виконання земляних робіт, де вхідні дані представлені конструктивними особливостями земляної споруди, представленої у формалізованому вигляді через геометричні параметри для ідентифікації під технічні характеристики машин для земляних робіт. Вибір будівельних машин здійснюється за багатокритеріальною оцінкою, методом перебору з вибраних машин і визначенням найбільш ефективної. Запропонована модель дає точний, вдосконалений підхід до вибору машини або парку машин, в якому враховані: зосередження, продуктивність, тривалість виконання робіт, обсяг робіт, дальність перевезення, ефективність робочого органу, рівень складності виробництва земляних робіт, ґрунтові умови, кліматичні, геологічні і гідрогеологічні чинники (рівень ґрунтових вод), а також рельєф місцевості, фізико-механічні властивості ґрунту, типорозміри машин, типи земляних споруд (розробка ґрунту в котлованах, траншеях, виїмках тощо) і розташування машин відносно споруд.

Автор пропонує ефективний підхід, що включає: математичну модель, алгоритм і розроблену на їх основі автоматизовану систему ефективного вибору машин для земляних робіт на прикладі бульдозерів, скреперів, автогрейдерів, екскаваторів.

Розроблений програмний продукт з інтерфейсом, представленим рис. 3, 4, що є реляційною системою управління базами даних (СУБД), який підтримує всі засоби і можливості обробки даних. Застосовано технологію ActiveX, що дозволяє використовувати розробки інших програм (АВК-5 (5-2.8.0), MS Excel, MS Word) в своєму програмному продукті «Програма вибору ефективних засобів механізації».

Побудовано гістограми залежності продуктивності машини від матеріалоємності, енергоємності, потужності, маси, узагальненого показника енергоємності і матеріалоємності. До математичної моделі введено коефіцієнт, що враховує ефективність комбінованих методів інтенсифікації дії на ґрунт, при цьому одна і та сама модель будівельної машини може мати різну продуктивність за рахунок використання як традиційних конструкторських рішень робочого органу, так і застосування методів інтенсифікації дії на ґрунт.

Рис. 3. Інтерфейс програми вибору провідних машин з технічною характеристикою:1 - вибір машин з технічною характеристикою; 2 - коефіцієнти для вибраної машини; 3 - кнопки для обробки результатів.

Рис. 4. Побудова гістограм: 4 - гістограма залежності продуктивності екскаватора від узагальненого показника енергоємності та матеріалоємності; 5 - вибір машин методом перебору, які відповідають умові П>Пн (Пн - теоретична продуктивність); 6 - список машин, за яким здійснюється вибір ефективної машини, виходячи із запропонованих параметрів

Основні умови ефективного комплектування парку машин для виробництва земляних робіт комплексно-механізованим способом наступні:

- кількість машин, що беруть участь у технологічному процесі, має бути мінімальною, а їх конструкція і параметри повинні повністю відповідати умовам роботи, характеру і габаритам споруди, що зводиться;

- у складі кожного комплекту машин виділено одну або декілька провідних, які, в основному, визначають організацію виконання робіт всього комплекту машин, продуктивність і темпи виробництва робіт;

- склад комплекту машин повинен забезпечувати безперервність потоку ґрунту від місця його розробки до місця його відсипання в насип або відвал; продуктивність кожної машини, що входить до складу комплекту, повинна забезпечувати найбільш ефективну роботу провідної машини. Недотримання останньої умови спричиняє зниження продуктивності всього комплекту машин до рівня найменш продуктивної машини, а вартість розробки ґрунту може виявитися вище, ніж при механізації лише деяких процесів.

У третьому розділі розглянуто наукове супроводження будівельних машин на прикладі бульдозерів, автогрейдерів, екскаваторів і парку скреперів.

Розглянуто і отримано моделі вибору бульдозера, екскаватора і автогрейдера. У таблиці 2 представлено основні формули з ефективного вибору бульдозерів, автогрейдерів та екскаваторів.

Вибір парку скреперів здійснюється за багатокритеріальною оцінкою методом перебору з вибраних комплектів машин з визначенням найбільш ефективного. Розроблена модель дає точніший, вдосконалений підхід до вибору парку машин за рахунок врахування: зосередження, продуктивності, тривалості виконання робіт, обсягу робіт, дальності перевезення, ефективності робочого органу, рівня складності виробництва земляних робіт, ґрунтових, кліматичних умов.

Вхідні дані по об'єкту (траса Запоріжжя - Донецьк, між м. Запоріжжя та м. Вільнянськ - розширення ділянки дороги) надані замовником (рис. 5).

Рис. 5. Введення вхідних даних

Таблиця 2.Основні формули з ефективного вибору будівельних машин для організації виконання земляних робіт

Показники	Одиниці виміру
Бульдозери
Експлуатаційна продуктивність:	м3/год
Питома матеріалоємність:
Питома енергоємність:
Узагальнений показник енергоємності та матеріалоємності:
Фактичний час, витрачений на виконання необхідного обсягу робіт:	год
Автогрейдери
Експлуатаційна продуктивність:	м3/год.
Питома енергоємність:	.
Питома матеріалоємність:
Узагальнений показник енергоємності та матеріалоємності:
Фактичний час, витрачений на виконання необхідного обсягу робіт:	год
Екскаватор
Експлуатаційна продуктивність:	м3/год.
Питома енергоємність:
Питома матеріалоємність:
Узагальнений показник енергоємності та матеріалоємності:
Фактичний час, витрачений на виконання необхідного обсягу робіт:	год.
Сумарна вартість експлуатації машини:	грн.

Примітки: - кут природного схилу, град; l_р - довжина шляху різання, м; l_{гр -} довжина переміщення грунту, м; l_{х -} довжина шляху при зворотному русі, м; _п- кут повороту платформи, рад.

В четвертому розділі представлено розрахунки ефективного вибору машин або парку машин на прикладі парку скреперів, бульдозерів, автогрейдерів, екскаваторів. При виконанні земляних робіт і одержанні якісної продукції необхідно суворо дотримуватися технологічного процесу та графіків виконання робіт.

При виконанні робіт в кожній операції можуть брати участь різні типи машин. Тому для ефективного виконання всього технологічного процесу необхідно підібрати ефективну машину або парк машин, які б забезпечували максимальну економію матеріальних і енергетичних ресурсів (рис. 6).

Визначаємо вартість експлуатації будівельних машин:

, грн.; (6)

де С_{е.мг 1}, С_{е.мг 2}, С_{е.мг п} - вартість першої, другої, п-ї машино-години відповідно, грн.

, грн. (7)

де Т_{фак. екс -} фактичний час експлуатації машини, год.

Рис. 6. Порівняння вибраних парків скреперів

Результати порівняльного аналізу даних щодо парків скреперів зводимо в таблицю 3.

Таблиця 3. Вибір ефективного парку скреперів

№	Модель	Модернізація робочого органу	Ке	Gпит,	Nпит,	ПNG,	П,	Собівартість 1м3, грн.	С,
				.	.	.	м3/год.		грн.
1	2	3	4	5	6	7	8	9	10
Парк № 1
1	ДЗ-11	БРО	1,00	2417,87	20,11	12315	127,27	17,03	170269,2
2	ДЗ-11	ДНСК+елеватор	1,20
3	ДЗ-11	ДНСК + нахил бічних стінок	1,30
4	ДЗ-11	ВСН+ газове змащення	1,32
Парк № 2
1	ДЗ-32	БРО	1,00	3695,93	25,24	25328,4	130,64	19,07	190690
2	ДЗ-32	ДНСК+елеватор	1,20
3	627F	ДНСК+елеватор	1,20
4	627F	БРО	1,00
Парк № 3
1	621F	БРО	1,00	4484,69	31,92	36071	124,35	20,64	206383,2
2	621F	ДНСК+елеватор	1,20
3	627F	БРО	1,00
4	627F	ДНСК+елеватор	1,20

Примітки: ДНСК - двоножова система копання, ВСН - виступаючий середній ніж, БРО - базовий робочий орган.

З трьох вибраних парків скреперів найбільш ефективним за вартісними показниками є парк № 1. Різниця від сумарної вартості при виборі даного парку скреперів складає 20420,8 - 36114 грн., або 12-21,4 %.

У таблиці 4 приведений вибір ефективної машини з максимальною економією матеріальних і енергетичних ресурсів, що складається з п-ї кількості машин, які можуть мати і-у кількість модернізацій як машини, так і її робочого органу, дотримуючись умов:

G_{пит еф}= G_{пит min}; N_{пит еф}= N_{пит min} ; С_{пит еф}= С_{пит min}; П_{NG еф}= П_{NG min}; С _еф= С_min,

де G_{пит еф}, N_{пит еф}, С_{пит еф} - ефективні питомі показники матеріалоємності, енергоємності, суми витрат відповідно; П_{NG еф} - ефективний узагальнений показник енергоємності та матеріалоємності машини; С _еф - ефективна загальна сума витрат. будівельний машина земляний робота

Таблиця 4. Вибір ефективної машини з максимальною економією матеріальних і енергетичних ресурсів

Найме- нування

Модернізація машини або робочого органу

Номер машини

min Gпит

min Nпит

min Спит

min ПNG

min С

1

2

3

…

п

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

11

12

Машини для земляних робіт

1

Gпит.1, Nпит1.1, Спит1.1, ПNG1.1 С 1.1

Gпит1.2, Nпит1.2, Спит1.2, ПNG12, С 1.2

Gпит1.3, Nпит1.3, Спит1.3, ПNG1.3 С 1.3

…

Gпит 1. п, Nпит 1. п, Спит 1. п, ПNG1. п, С1. п

Gпит еф

Nпит еф

Спит еф

ПNG еф

С еф

2

Gпит2.1, Nпит2.1, Спит2.1, ПNG2.1 С 2.1

Gпит2.2, Nпит2.2, Спит2.2, ПNG2.2 С 2.2

Gпит2.3, Nпит2.3, Спит2.3, ПNG2.3 С 2.3

…

Gпит2. п, Nпит2. п, Спит2. п, ПNG2. п С 2. п

…

…

…

…

…

…

і

Gпит і.1, Nпит і.1, Спит і.1, ПNG і.1 С і.1

Gпит і.2, Nпит і.2, Спит і.2, ПNG і.2, С і.2

Gпит і.3, Nпит і.3, Спит і.3, ПNG і.3, С і.3

…

Gпит і. п, Nпит і. п, Спит і. п, ПNG і. п, С і. п.

Проведені дослідження дозволяють стверджувати, що ефективний вибір машин (бульдозер, скрепер, автогрейдер, екскаватор) доцільно здійснювати за багатокритеріальною оцінкою, методом перебору набутих значень матеріалоємності, енергоємності, узагальненого показника матеріалоємності та енергоємності, сумарної вартості виконання робіт, вартості 1 м³ переміщуваного ґрунту, доповнених конструктивними особливостями земляної споруди, представленої у формалізованому вигляді через геометричні параметри для ідентифікації під технічні характеристики машин для земляних робіт. Розроблена методика дозволяє здійснювати ефективний вибір машин за рахунок того, що враховуються: продуктивність, модернізація робочого органу, дальність переміщення ґрунту, кількість допоміжних транспортних засобів (самоскидів для екскаватора), кліматичні, геологічні (рельєф місцевості, фізико-механічні властивості ґрунту та його стан), гідрогеологічні (рівень ґрунтових вод) умови.

Виходячи з цього підбираємо машину або комплект машин для виконання заданого технологічного процесу з максимальною економією матеріальних і енергетичних ресурсів.

ВИСНОВКИ

На підставі виконаних досліджень, викладених в дисертаційній роботі, обґрунтовані, сформульовані і реалізовані пропозиції, сукупність яких можна кваліфікувати як теоретичне узагальнення і нове вирішення актуального науково-прикладного завдання підвищення ефективності організації виконання земляних робіт на основі оцінки показників експлуатаційної продуктивності будівельних машин, що знайшло відображення у наступному:

1. Проведені дослідження, огляд і аналіз розглянутих робіт дозволяють стверджувати, що ефективний вибір машин для ведення земляних робіт можливо здійснювати за показниками: питомої матеріалоємності, питомої енергоємності, узагальненим показником матеріалоємності та енергоємності, економії матеріалів і енергетичних ресурсів в сукупності з урахуванням обсягів робіт, термінів їх виконання, умов ведення робіт.

2. Представлено наукове супроводження будівельних машин на етапі їх вибору, ґрунтуючись на показниках матеріалоємності, енергоємності, узагальненого показника економії матеріальних і енергетичних ресурсів, доповнених вхідними даними: тривалістю виконання робіт, обсягом робіт, а також конструктивними особливостями земляної споруди, представленої у формалізованому вигляді через геометричні параметри для ідентифікації під технічні характеристики машин для земляних робіт.

3. Обґрунтовано фактори, що здійснюють першочерговий вплив на ефективність використання будівельних машин (бульдозерів, скреперів, автогрейдерів, екскаваторів), до яких належать: обсяг робіт, умови ведення робіт, тривалість ведення робіт, ґрунтові умови, стани робочого органу, витрата палива та ін., в умовах забезпечення покращених техніко-економічних показників шляхом проведення багатокритеріальної оцінки чинників методом перебору набутих значень.

4. Стосовно машин для земляних робіт запропоновано уточнені формули для визначення експлуатаційної продуктивності, які враховують певні чинники при виборі машин, до яких відносяться: обсяг робіт, умови ведення робіт, ґрунтові умови, підвищення ефективності робочого органу, чинник часу, швидкість машини, використання машини залежно від пори року.

5. Встановлено, що показник вартості машини якісно змінюється аналогічно залежностям зміни вартості машини від потужності і маси, що дозволяє здійснювати надалі вибір машини за показниками собівартості виконання робіт, продуктивності машин в одиницю часу, питомої вартості машини або комплекту машин, питомої матеріалоємності машини або комплекту машин, питомої енергоємності машини або комплекту машин, узагальненого показника енергоємності та матеріалоємності.

6. Розроблено математичну модель і алгоритм, які дозволяють здійснювати ефективний вибір машин за рахунок того, що враховуються: продуктивність, модернізація робочого органу, конструктивні особливості земляної споруди, дальність перевезення, кліматичні, геологічні (рельєф місцевості, фізико-механічні властивості ґрунту і його стан), гідрогеологічні (рівень ґрунтових вод) умови.

7. За розробленою математичною моделлю і алгоритмом створено автоматизовану систему з базами даних (БД) парку машин, що використовуються для земляних робіт (бульдозери, скрепери, автогрейдери, екскаватори).

8. На підставі розробленої математичної моделі, алгоритму і програми з БД побудовано гістограми і визначено залежності продуктивності від питомих показників матеріалоємності та енергоємності, узагальненого показника матеріалоємності та енергоємності, що дають можливість вибрати ефективну машину з рекомендованого парку з урахуванням: обсягів і часу виконання робіт, техніко-економічних параметрів машини, технічної характеристики робочого органу машини, який би забезпечував найкращу продуктивність машини і найменшу питому собівартість виконання робіт.

9. Розроблена математична модель, яка використана в програмному продукті, показала свою гнучкість при виборі машин, здатність оперативно створювати базу даних по парку машин, що знаходиться на балансі підприємства, і моделювати ефективне застосування робочих органів машини, встановлюючи їх вплив на продуктивність і собівартість продукції. Підвищення економічної ефективності будівництва при веденні земляних робіт досягнуто за рахунок раціонального вибору машин. Економія матеріальних ресурсів і собівартості при порівнянні вибраних машин для земляних робіт, що відповідають поставленому завданню і визначенню з одного об'єкту, склала: для бульдозера ДЗ-110 - від 310,01 грн. до 1860,07 грн., або 4,17- 25%; автогрейдера CAT 160Н - 2906,76 грн., для екскаватора ЭО-3122, в якого ковш з газовим змащенням - від 10 до 465,10 грн., або 0,6-28,3%, різниця від сумарної вартості при виборі парку скреперів складає від 20420,8 до 36114 грн., або 12-21,4 %.

СПИСОК ОПУБЛІКОВАНИХ ПРАЦЬ ЗА ТЕМОЮ ДИСЕРТАЦІЇ

1. Кононов С.І. Теоретичні засади оптимізації кількості будівельної техніки при виконанні будівельно-монтажних робіт / І.Д. Павлов, С.І. Кононов, О.М. Кучеренко // Строительство, материаловедение, машиностроение. - Днепропетровск: ПГАСА, 2008. - Вып. 46. - С. 100-105.

2. Кононов С.И. Выбор строительных машин из имеющегося парка (на примере скрепера) / Л.А. Хмара, С.И. Кононов // Гірничі, будівельні, дорожні та меліоративні машини. - К.: КНУБА, 2009. - № 74. - С. 46-52.

3. Кононов С.И. Выбор эффективных строительных машин на примере бульдозера из имеющегося парка машин / Л.А. Хмара, С.И. Кононов // Строительство, материаловедение, машиностроение. - Днепропетровск: ПГАСА, 2009. - Вып 51. - С. 40-51.

4. Кононов С.И. Выбор машин для земляных работ по техническим, экономическим и эксплуатационным параметрам / Л.А. Хмара, С.И. Кононов // Вісник Придніпровської державної академії будівництва та архітектури. - Дніпропетровськ: ПДАБА, 2009. - № 6-7. - С. 5-10.

5. Кононов С.И. Сопровождение строительных машин на этапе их выбора из имеющегося парка (на примере экскаватора) / Л.А. Хмара, С.И. Кононов // Будівництво України. - 2010. - № 2. - С. 41-45.

6. Кононов С.И. Формирование оптимальной структуры парка строительных машин при ограниченном инвестировании / И.Д. Павлов, О.Н. Кучеренко, С.И. Кононов // XII науково-технічна конференція студентів, магістрантів, аспірантів і викладачів Запорізької державної інженерної академії; секція «Будівництво та водні ресурси», 16-20 квітня 2007 р.: тези доп. - Запоріжжя: Вид-во ЗДІА, 2007. - Ч. 7. - С. 135-138.

7. Кононов С.И. Методика применения математических методов для выбора оптимального количества строительной техники / И.Д. Павлов, С.И. Кононов // ХІII науково-технічна конференція студентів, магістрантів, аспірантів і викладачів Запорізької державної інженерної академії; секція «Сучасні проблеми будівництва», 14-18 квітня 2008 р.: тези доп. - Запоріжжя: Вид-во ЗДІА, 2008. - Ч. 2. - С. 11.

8. Кононов С.И. Выбор строительных машин по техническим и эксплуатационным показателям / Л.А. Хмара, С.И. Кононов // XIV науково-технічна конференція студентів, магістрантів, аспірантів і викладачів Запорізької державної інженерної академії; Секція «Сучасні проблеми будівництва», 13-17 квітня 2009 р.: тези доп. - Запоріжжя: Вид-во ЗДІА, 2009. - Ч. 2. - С. 35-36.

9. Пат. № 46845 Україна, МПК9 Е02F 3/76. Бульдозерний відвал / Хмара Л.А., Кононов С.І.; власники: Хмара Л.А., Кононов С.І. - № u 2009 06809; заявл. 30.06.2009; опубл. 11.01.2010, Бюл. № 1. - 8 с.

10. Пат. № 46842 Україна, МПК9 Е02F 3/76. Робочий орган бульдозера / Хмара Л.А., Кононов С.І.; власники: Хмара Л.А., Кононов С.І.- № u 2009 06778; заявл. 30.06.2009; опубл. 11.01.2010, Бюл. № 1. - 8 с.

АНОТАЦІЇ

КОНОНОВ С.І. Організація виконання земляних робіт на основі оцінки показників експлуатаційної продуктивності будівельних машин - Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук за спеціальністю 05.23.08 - технологія та організація промислового та цивільного будівництва. - Державний вищий навчальний заклад «Придніпровська державна академія будівництва та архітектури», Дніпропетровськ, 2010.

В дисертаційній роботі представлено нове вирішення актуальної наукової задачі, що полягає в підвищенні ефективності організації виробництва земляних робіт на основі оцінки показників експлуатаційної продуктивности будівельних машин на прикладі бульдозерів, скреперів, автогрейдерів, екскаваторів. Розкривається запропонована концепція з визначення ефективного вибору машин для виконання земляних робіт. В основу вибору машин покладені питомі показники: матеріалоємність, енергоємність, узагальнений показник енергоємності та матеріалоємності.

Представлено математичну модель, алгоритм і програмний продукт, які дозволяють здійснювати вибір машин, ефективно використовуючи матеріальні та енергетичні ресурси.

Результати роботи успішно впроваджені в навчальному процесі Запорізької державної інженерної академії, Державного вищого навчальнщго закладу «Запорізький будівельний коледж», використані підприємством ТОВ «Буденергомонтаж» (м. Енергодар), ПП «Запас-1» (м. Запоріжжя).

Ключові слова: експлуатаційна продуктивність, вартість, тривалість, питомі показники енергоємності та матеріалоємності.

КОНОНОВ С.И. Организация производства земляных работ на основе оценки показателей эксплуатационной производительности строительных машин. - Рукопись.

Диссертация на соискание учёной степени кандидата технических наук по специальности 05.23.08 - технология и организация промышленного и гражданского строительства. - Государственное высшее учебное заведение «Приднепровская государственная академия строительства и архитектуры», Днепропетровск, 2010.

В диссертационной работе представлено новое решение актуальной научной задачи, заключающейся в организации производства земляных работ на основе оценки показателей эксплуатационной производительности строительных машин на примере бульдозеров, скреперов, автогрейдеров, экскаваторов.

В работе предложена концепция осуществления эффективного выбора машины или парка машин, как зарубежных, так и отечественных, для выполнения земляных работ, имея очень ограниченные данные технической характеристики, такие как масса машины, мощность, габаритные размеры, размеры рабочего органа. Эту информацию мы можем получить из каталогов фирм - производителей, технических справочников или Internet. Используя данные, предложенные производителем, зная характеристики объекта, определяем производительность машины или комплекта машин по многокритериальной оценке методом перебора полученных значений материалоемкости, энергоемкости, обобщенного показателя материалоемкости и энергоемкости, дополненных конструктивными особенностями земляного сооружения, представленного в формализованном виде через геометрические параметры для идентификации под технические характеристики машин для земляных работ. Определяем стоимость машино-часа и суммарную стоимость выполнения работ рассматриваемыми машинами и осуществляем эффективный выбор машины или комплекта машин за счет того, что учитываются: производительность, модернизация рабочего органа, дальность перемещаемого груза, климатические, геологические условия (рельеф местности, физико-механические свойства грунта и его состояние).

Разработанная модель может быть использована на стадии проектирования строительного объекта, при покупке машин, взятии их в кредит, лизинг, аренду, что позволяет эффективно осуществить выбор строительных машин для земляных работ, зная объем работ и технические характеристики объекта.

Все эти данные учтены в математической модели и заложены в разработанную автоматизированную систему «Программа выбора эффективных средств механизации», которая состоит из двух частей:

1. База данных - это парк используемых строительных машин, который можно постоянно пополнять и редактировать, оперативно создавая базу данных по парку машин;

2. База знаний - это разработанная модель к машинам для земляных работ с уточненными формулами производительности для бульдозеров, скреперов, автогрейдеров, экскаваторов, которая позволяет моделировать эффективное применение машины или парка машин с учётом: продолжительности выполнения работ, объема работ, условий ведения работ, грунтовых условий, фактора времени, скорости машины, использования машины в зависимости от времени года, конструктивных особенностей земляного сооружения, представленного в формализованном виде через геометрические параметры для идентификации под технические характеристики машин для земляных работ, повышения эффективности рабочего органа машины, устанавивши влияние этих факторов на производительность и себестоимость продукции.

Разработанные в диссертационной работе экономико-математическая модель, алгоритм и автоматизированная система позволяют осуществлять организацию производства земляных работ с учетом выбора машин и их дальнейшего анализа для выполнения заданного технологического процесса с максимальной экономией материальных и энергетических ресурсов, что в значительной степени позволяет повысить конкурентоспособность предприятия, снизить материальные затраты и получить максимальную прибыль за счет эффективного выбора строительной техники.

Основные условия правильного комплектования машин для производства земляных работ комплексно-механизированным способом следующие:

- число машин, участвующих в технологическом процессе, должно быть минимальным, а конструкция и параметры их полностью соответствующими условиям работы, характеру и габаритам возводимого сооружения;

- в составе каждого комплекта машин выделяется одна или несколько ведущих, которые, в основном, определяют организацию работ всего комплекта машин, его производительность и темпы производства работ;

- состав комплекта машин должен обеспечивать непрерывность потока грунта от места его разработки до места его отсыпки в насыпь или отвал; производительность каждой входящей в комплект машины должна обеспечивать наиболее эффективную работу ведущей машины.

Результаты работы нашли практическое применение на предприятиях ООО «Стройэнергомонтаж» и ПП «Запас», в учебном процессе Запорожской государственной инженерной академии и Государственногго высшего учебного заведения «Запорожский строительный колледж».

...