Литература

1 Авдеев, Ю.В. Устройство цифровой обработки выходных сигналов координатомерной системы для дистанционного управления землеройно-транспортными машинами [Текст]/ Ю.В. Авдеев, А.Д. Кононов, А.А. Кононов, Н.А. Варданян//Изв. вузов. Строительство. – 2011. – № 10. – С. 74–79.

2 Тихонов, В.И. Статистическая радиотехника [Текст]/В.И. Тихонов. – М.: Сов. радио, 1966. – 678 с.

3 Гуткин, Л.С. Современная радиотехника и ее проблемы [Текст]/ Л.С. Гуткин. – М.: Сов. радио, 1968. – 104 с.

4 Вайнштейн, Л.А. Выделение сигналов на фоне случайных помех [Текст]/Л.А. Вайнштейн, В.Д. Зубаков. – М.: Сов. радио, 1960. – 449 с.

2.4	ПОВЫШЕНИЕ ЭФФЕКТИВНОСТИ ПРОИЗВОДСТВА МАЛООБЪЁМНЫХ РАБОТ БУЛЬДОЗЕРАМИ В ГОРОДСКОМ ХОЗЯЙСТВЕ РЕГИОНА

Матвеев А.В., Токар Н.И. (БИУБ, г. Брянск, РФ)

В статье проведено исследование путей повышения эффективности производства малообъемных работ бульдозерами в городском хозяйстве. Предложен путь интенсификации производства малообъемных работ бульдозерами через создание универсальных рабочих органов многофункционального назначения для выполнения разнообразных погрузочно-разгрузочных работ.

The paper study how to improve the efficiency of small-bulldozing in municipal services offered to intensification of production succinct bulldozing through a universal work of multi-purpose for a variety of loading and unloading.

Земляные и погрузочно-разгрузочные работы в строительстве являются наиболее массовыми, трудоемкими и дорогостоящими и примерно 45% объема земляных работ выполняется бульдозерами. В настоящее время каждый третий бульдозер на объектах простаивает, так как имеет ограниченные технологические возможности из-за отсутствия широкой номенклатуры съемного навесного рабочего оборудования. Поэтому для повышения потенциала гибкого и эффективного производства разнообразных, в том числе и малообъемных, работ в строительстве необходима разработка нового и модернизация существующего рабочего оборудования бульдозеров.

Особенно остро в строительстве стоит задача создания универсальных рабочих органов многофункционального назначения для выполнения разнообразных погрузочно-разгрузочных работ, к числу которых относится расчистка площадей от длинномерных грузов, уборка камней, валунов, выкорчеванных и срезанных деревьев, перемещение пиломатериалов, труб, столбов, свай, бордюрного камня и др. Зачастую такие работы требуется выполнять на рассредоточенных объектах небольших объемов. Поэтому рабочие оборудования бульдозеров необходимо приближать к многофункциональному оборудованию манипуляторного типа.

Производство малообъемных работ в строительстве с использованием бульдозеров имеет устойчивые тенденции к росту. Так за период с 2003 по 2012 гг. (при небольшом увеличении объемов строительства в 1,2-1,5 раза) удельный вес производства малообъемных работ машинами для земляных и погрузочных работ на 1 млн. куб. м всех работ, выполняемых этими машинами, увеличился с 15 до 30%.

Малообъемными работами принято считать работы с малоразмерными объектами, выполняемые комплексно одной машиной для земляных и погрузочных работ определенного типоразмера в течение декады (согласно нормам выработки). При этом объекты работ бульдозеров имеют параметры, соответствующие технологическим возможностям этой машины и называются малоразмерными в том случае, если максимальные вертикальные размеры не превышают 0,4 от высоты рабочего органа машины [1].

В тоже время анализ данных по формированию и использованию основных производственных фондов показал, что в последние годы резко приостановился рост механовооруженности труда, до 60% уменьшилась фондоотдача. Это, во многом, обусловлено еще и природно-климатическими, техническими и организационными причинами. Так, разнообразие форм и параметров земляных сооружений, не говоря уже о разнообразии и разбросанности объектов малообъемных работ, затрудняют расчет организационно-технологических параметров и расстановку машин, формирование и эксплуатацию парка и т.д. Все это приводит к недоиспользованию бульдозеров по времени и их производительности, а также к слабой реализации преимущества организационно-технологического проектирования на стадии подготовки производства.

Не смотря на значительное количество передовых разработок в области усовершенствования рабочего оборудования землеройно-транспортных машин для погрузочно-разгрузочных работ, они, как правило, не находят широкого применения в реальной практике. Зачастую это связано со значительным усложнением первоначальной конструкции, или же возросшими производственными или эксплуатационными затратами, или же с увеличением металлоемкости по сравнению с базовым вариантом, или с некоторым снижением надежности.

В данной работе предлагается свой вариант усовершенствования рабочего оборудования бульдозеров для погрузочно-разгрузочных работ.

Городское хозяйство представляет собой совокупность производственных и хозяйственных объектов, важнейшим элементом, в которых является строительство и эксплуатация зданий и транспортных сооружений. Оно, в свою очередь, представляет собой комплекс взаимосвязанных процессов, выполняемых с использованием машин и механизмов. В последнее время значительно увеличилась доля малообъёмных работ в городском хозяйстве. Это ведет к значительным простоям машин и механизмов, специализирующихся на выполнении крупнообъёмных работ, неэффективному их использованию по мощности.

С целью выявления факторов, характеризующих состояние техники в организациях дорожного хозяйства г. Брянска был проведен анализ имеющихся машин и механизмов по годам выпуска, основным техническим параметром и удельной энергоёмкости.

Анализ результатов обработки данных по имеющимся машинам и механизмам позволил сделать вывод о том, что от 50 до 70 % всей имеющейся техники прослужили 10 и более лет и в основном выработали свой ресурс. В парке строительных машин преобладает техника средней и большой мощности. Однако из анализа структуры работ рассматриваемых организаций можно сделать вывод о целесообразности использования строительных машин малой и отчасти средней мощности, как правило, повышенной универсальности, что создает благоприятные условия не только для снижения энергопотребления, но и для снижения фондоемкости и простоев техники. Примерами таких машин могли бы служить бульдозеры–погрузчики и бульдозеры мощностью соответственно 53 и 60 кВт со сменным оборудованием: щетка дорожная, щетка уборочная, плуг снегоочистительный, ковш, вилы, вилочный захват, сенокосилка, съемный гусеничный ход, снегоочиститель роторный. Работы в малых объемах по перемещению и распределению грунта, строительных материалов, планировке территорий, эффективно могли бы выполнять легкие бульдозеры как ДЗ-37, бульдозер-погрузчик ДЗ-133, которые отличаются надежностью и простотой обслуживания, удобством управления рабочими органами с места оператора, стабильностью работы в любое время года, а также относительно малым расходом топлива.

В практике производства работ в области малообъёмного строительства, как показал анализ, очень редко приходится сталкиваться с грузами весом более 4 тонн, что позволяет сделать вывод о целесообразности постепенной замены автокранов грузоподъемностью 6 тонн и более на другие погрузочно-разгрузочные машины, например на бульдозеры-погрузчики, а при соответствующем обосновании и универсальными бульдозерами с различными съемными захватами и крановым оборудованием. Такая замена позволит значительно снизить энергоемкость погрузочно-разгрузочных работ, что подтверждается расчетами. Анализ разработанных экономико-математических и организационно-технологических моделей производства строительных работ с использованием машин повышенной универсальности позволяет сделать вывод о возможности повышения управления технологическими процессами с использованием машин повышенной универсальности.

Городское хозяйство г. Брянска представляет собой комплекс производственных и хозяйственных объектов, важнейшим элементом, в которых является дорожно-ремонтное производство. Оно, в свою очередь, представляет собой комплекс взаимосвязанных процессов, выполняемых с использованием машин и механизмов. В последнее время значительно уменьшились объемы работ в физическом и стоимостном выражении.

Из анализа динамики производственной программы МУП дорожного хозяйства г. Брянска видно, что общие объемы работ за последние годы снизились более чем в 2 раза, причем возросла доля работ на содержание городских автодорог. Это ведет к значительным простоям машин и механизмов, специализирующихся на выполнении крупнообъёмных строительных работ, неэффективному их использованию.

В результате выполненного патентного и информационного поиска установлена целесообразность более широкого применения бульдозеров, повышенной универсальности, в частности манипуляторного типа с целью снижения стоимости производства работ и потребления топлива.

Для более обоснованного выбора рациональных типов и марок машин и механизмов, технологии производства работ, а так же с целью автоматизации проектных работ по подготовке ПОС и ППР необходимо широкое внедрение оптимизационных методов расчета технологий [2,3].

В настоящий момент известны различные модификации рабочего оборудования бульдозеров, позволяющие расширять их функциональные возможности. Например: рабочее оборудование гидравлического бульдозера с управляемым вилочными открылками, закрепленными шарнирно на отвале и связанными с гидроцилиндрами управления. Поворот открылок осуществляется за счет выдвижения штока гидроцилиндров управления [1]. Данная система позволяет осуществлять погрузочно-разгрузочные работы с малоразмерными грузами, однако обладает повышенной сложностью и металлоемкостью. Кроме того, такое рабочее оборудование обладает недостаточной универсальностью. Или рабочее оборудование бульдозера с захватным устройством в виде управляемой секции, поворот которой осуществляется гидроцилиндром, закрепленным на нижней коробке жесткости [2]. Достоинством такой системы является ее простота при сохранении универсальности рабочего оборудования. Однако данное оборудование не обеспечивает разгрузку грузов с транспортных средств из-за малого радиуса захвата при недостаточной высоте подъема бульдозерного отвала. Кроме того, работа может осуществляться только с малоразмерными в сечении грузами.

Предлагаемое усовершенствование позволяет еще более расширить функциональные возможности рабочего оборудования гидравлического бульдозера при сохранении низкой металлоемкости конструкции и ее высокой технологичности, не уменьшая, при этом, эксплуатационную надежность.

Основная идея предлагаемого усовершенствования такова: в верхней части бульдозерного отвала, в средней его части, длиной равной одной трети длины отвала 2, сделан вырез, высотой в одну треть отвала. В него установлен ковш 6 с гидромотором, шарнирно соединённым через тягу 7 с трактором 1. Управление ковшом осуществляется с помощью гидроцилиндра управления 8, штоки которого закреплены в проушинах вблизи гидромотора на тяге 7. На ковше 6 жёстко укреплён челюстной захват 9 с крюком 10 и кронштейном 11. В результате повышается универсальность рабочего оборудования за счет возможности захвата грузов с диаметром равным высоте отвала с помощью с помощью челюстного захвата, разгрузки грузов с транспортных средств с помощью крюка 10, а также улучшается эффективность процесса копания грунтов при установке в кронштейн 11 дополнительной ножевой секции. Кроме того, челюстной захват в опущенном состоянии работает как дополнительные открылки, что вместе с дополнительной ёмкостью ковшом 6 увеличивает призму волочения грунта на 15%.

Сущность конструкции видна на рисунке 1а, где изображено рабочее оборудование гидравлического бульдозера с управляемым многофункциональным ковшом (вид сбоку); на рисунке 1б – то же, с дополнительным ковшом.

Рабочее оборудование включает отвал 2 с управляемым ковшом 6 с челюстным захватом 9, крюком 10 и кронштейном 11, толкающие брусья 3, тягу 7, гидроцилиндры управления отвалом 5 и управления открылками 8. В верхней поверхности отвала 1 сделан вырез, в который вставлен ковш 6 с гидромотором. В нижней части тыльной поверхности отвала закреплен гидроцилиндр управления ковшом 8. На тыльной поверхности тяги 7, вблизи гидромотора, шарнирно крепятся штоки гидроцилиндра 8, а сама тяга 7 шарнирно крепится к трактору 1.

Действие рабочего оборудования состоит в следующем. В начале работы штоки гидроцилиндра управления 8 полностью втянуты, ковш 6 находится на вырезе отвала, смыкаясь своей рабочей поверхностью с поверхностью отвала 2. После выдвижения штока гидроцилиндра 8 тяга 7 поворачивается по часовой стрелке, поднимая ковш 6 с челюстным захватом 9 на требуемую высоту. Челюстной захват входит в соприкосновение с грузом и прижимает его к отвалу 2. В этом положении, также производят сцепку крюка 10 с грузом, находящемся в транспортном средстве и его разгрузку.

При втягивании штока гидроцилиндра 8 происходит опускание ковша 6 с челюстным захватом 9 в нижнее положение. При этом ковш 6 с тягой 7 и челюстным захватом 9 двигаются против часовой стрелки до положения, необходимого для эффективной работы по копанию грунтов, в том числе при помощи ножевой секции, установленной в кронштейнах 11.

При оборудовании ковша 6 с челюстным захватом съёмным ковшом и повороте его с помощью гидромотора на 180^о оборудование преобразуется в погрузочное, с помощью которого можно убирать строительный и городской мусор. Погрузка мусора осуществляется при движении бульдозера вперёд, а разгрузка при повороте тяги 7 по часовой стрелке при выдвижении штока гидроцилиндра 8 (рис.1б).

Произведем сравнение энергетической и экономической эффективности применения двух отрядов машин (таблица 1) при устройстве одноочковой трубы диаметром 1м и длиной 13,44 м.

Таблица 1 – Отряды машин для строительства трубы диаметром 1м

Отряд машин № 1	Отряд машин № 2
Бульдозер-погрузчик Автосамосвал Каток	Автокран Автосамосвал Бульдозер Каток

Для сравнения примем следующие ведущие машины:

• бульдозер-погрузчик ДЗ-133 (расход топлива 5,9 кг/ч, грузоподъемность 3 т);

• автокран КС-2571А-1,(расход топлива 12кг/ч, грузоподъемность 6 т).

Так как отряды отличаются только ведущими машинами, то в дальнейшем в расчет принимаем погрузочно-разгрузочные работы, выполняемые сравниваемыми машинами.

а)	б)
Рисунок 1 – Схема рабочего оборудования: а) вид сбоку; б) вид сбоку с дополнительным ковшом; 1 – трактор; 2 – отвал; 3 – толкающие брусья; 4 – раскосы; 5 – гидроцилиндры управления отвалом; 6 – ковш; 7 – тяга; 8 – гидроцилиндр управления ковшом; 9 – захват; 10 – крюк; 11-кронштейн; 12 – проушина; 13 – дополнительный ковш.

В результате при использовании вместо автокрана КС-2571 А1 бульдозера-погрузчика ДЗ-133 экономический эффект на строительство железобетонной трубы диаметром 1 м и длиной 13,44 м составил 637,60 рубля (в базовых ценах 2000 г.), а экономия топлива – 162,867 кг.

На первом этапе стояла задача по сбору и анализу исходных данных для оценки организационно-технологических факторов, влияющих на показатели использования бульдозеров при строительстве и эксплуатации объектов городского хозяйства, разработке спектра конструкций рабочего оборудования, максимально адаптированного к различным условиям производства работ, а так же выявлению основных технологических схем, наиболее часто встречаемых на этих работах.

В результате исследований, в частности была разработана конструктивная схема рабочего оборудования бульдозера с управляемым многофункциональным ковшом, позволяющая эффективно осуществлять земляные работы, погрузочные и монтажные работы с малоразмерными грузами, в том числе по укладке звеньев водопропускных труб, лотков за счёт кругового движения многофункционального ковша 6.

На втором этапе разработана инженерная методика расчета параметров рабочего оборудования и механизмов управления , а так же решались задачи определения экономического и энергетического эффекта от использования предлагаемого оборудования. Разработана методика расчёта экономической эффективности работы машин многофункционального действия при выполнении работ в городском хозяйстве. В процессе обработки материалов исследований проводилась оценка наиболее значимых факторов на основе применения корреляционного и регрессивного анализа, позволившего установить их рациональные параметры. В частности в результате проведённых исследований установлена рациональная длина выреза в отвале, равная одной трети длины отвала, а высота выреза находится в диапазоне 0,30…0,35 от высоты бульдозерного отвала.

Предложенное рабочее оборудование при относительно небольшом повышении металлоёмкости существенно повышает эффективность работы бульдозера. Так при применении на бульдозере ДЗ-133 по сравнению с использованием экскаватора ЭО-2629, при очистке грязи и мусора от пыли и грязи эффективность возрастает в среднем на 20%, а экономия топлива достигает 16%.

Заключение

Предложенное рабочее оборудование по сравнению с прототипом обладает большей универсальностью и технологичностью, за счет увеличения функциональных возможностей, при этом металлоемкость увеличивается незначительно. Более того, появляется возможность работы не только с малоразмерными, но и среднеразмерными грузами, а также использовать данное оборудование в качестве многофункционального бульдозера-погрузчика, способного захватывать груз и монтажные работы [2]. Все вышесказанное позволяет говорить об улучшении конструктивно-технологических возможностей предлагаемой конструкции по сравнению с прототипом. Предложенное оборудование улучшит управляемость технологическими процессами в городском хозяйстве за счет повышения универсальности и возможности его использования не только на земляных работах, но и на работах по перемещению и монтажу малоразмерных грузов, уборке грязи и мусора на городских территориях и строительных площадках.