2.5. Определение параметров выработки строительных технологических машин

Знание технологических параметров, в первую очередь производительности конкретной строительной машины, необходимо при оперативном и перспективном планировании использования техники, анализе эффективности работы машин, сопоставлении различных вариантов механизации, распределении техники по объектам, комплектовании механизированных подразделений, выполняющих поставленные задачи. Это обеспечит своевременность и высокое качество выполнения работ.

Производительность строительных машин определяется количеством продукции в натуральных единицах: метры (м³; м²; м), тонны, штуки и другие, – выработанных за определенное время (час, смену, месяц, год).

Существуют различные виды производительности. Рассмотрим их.

Различают расчетную (теоретическую) производительность, определяемую аналитически, и фактическую, получаемую из отчетных данных.

Теоретическая производительность (Пк) – это расчетная максимально возможная производительность машины при обработке условного материала в условной производственной обстановке при полном отсутствии простоев, непрерывной работе машины на расчетном режиме, то есть при расчетной нагрузке на расчетных скоростях.

Для машин непрерывного действия часовая теоретическая производительность

Пк = 3600 Fv (м³/ч), (2.1)

где F – поперечное сечение потока непрерывно движущегося материала, м²; v – скорость движения потока, м/с.

Для машин цикличного действия часовая теоретическая производительность

Пк = 3600q / t_ц , (2.2)

где q – геометрическая вместимость, например, ковша, м³; L – время цикла, с.

В зависимости от степени учета условий эксплуатации расчетная производительность подразделяется на конструктивно–расчетную, техническую и эксплуатационную.

Конструктивно–расчетная производительность определяется на этапе прогнозирования и задается при формировании технического задания (задача) на проектирование (объекта строительной структуры), при этом обусловливается выбор параметров и характеристик машины.

Это максимально возможная производительность при непрерывной работе машины в течение фиксированного промежутка времени (цикла, часа) с максимальным использованием мощности двигателя и рабочих скоростей, то есть с исключением простоев и потерь энергии. Определяется она в зависимости от принципа действия машины.

Конструктивно-расчетная производительность строительных технологических машин цикличного действия (экскаваторов, бульдозеров, скреперов, щековых дробилок, грузоподъемных кранов) находится делением количества материала, разработанного (перемещенного) за цикл работы машины, на продолжительность этого цикла.

При этом часто количество материала определяют по вместимости рабочего органа (ковша) или грузоподъемности крана, а также по известным формулам для расчета объема призмы волочения бульдозера или объема призмы материала, высыпающегося из щели дробилки. Конструктивно–расчетная производительность машин непрерывного действия (траншейных экскаваторов, а также конвейеров и элеваторов, автогрейдеров, асфальтоукладчиков и дорожных катков и т. д.) во время рабочего процесса рассчитывается умножением площади поперечного сечения потока материала, разрабатываемого машиной, на скорость рабочего процесса.

Техническая производительность, в отличие от конструктивно-расчетной, учитывает условия производства работ, в том числе свойства разрабатываемого материала, степень использования рабочего оборудования, технические приемы выполнения работ и т. д.

Техническая производительность (П_Т) – это максимально возможная производительность для данного типа машины в реальных условиях производства, но без простоев. Техническая производительность определяется расчетом или умножением теоретической производительности на Кт – коэффициент, учитывающий конкретные условия производства:

Пт = Кт Пк . (2.3)

Техническая производительность – наивысшая производительность строительной машины в данном конструктивном исполнении.

Эксплуатационная производительность (П_Э) машины определяется в реальной производственной обстановке с учетом неизбежных простоев, имеющих место даже при самой высокой организации работ. Эксплуатационная производительность учитывает режимы использования машин по времени, обусловленные простоями, связанными с плохой организацией работ, технологическими перерывами, невозможностью выполнения работ по метеоусловиям, по различным причинам, а также по конструктивно–техническим причинам, например неплановое приведение машин в работоспособное состояние, низкая квалификация механика–оператора.

Уровень организации работ зависит от простоев вследствие отсутствия фронта работ и несвоевременной доставки ГСМ, а также от простоев, связанных с организацией труда (отдых оператора, получение задания и ознакомление с чертежами и объектом, рапортов и другой документации).

Технологические перерывы обусловлены необходимостью передвижения машины по объекту, смены, очистки или регулировки рабочего оборудования, ожидания автотранспорта и других вспомогательных машин.

Эксплуатационная производительность получается введением специального коэффициента в значение технической производительности:

П_Э = Ки КуПт , (2.4)

где Ки – коэффициент использования машины по времени (учет простоев); Ку – коэффициент использования производительности машины (качество управления, квалификация механика – оператора).

Другие показатели, такие как удельная энергоемкость и удельная металлоемкость машин, позволяют объективно оценить машины при их выборе и сравнении. Удельная энергоемкость (N_Уд) определяется по формуле

N_уд=N/Пэ, (2.5)

где N – мощность силовой установки, а Пэ – эксплуатационная производительностью. Аналогично соотношением веса машины Q_M с Пэ определяется удельная металлоемкость.

Важным показателем является также проходимость машины, способность объекта преодолевать различные препятствия: неровности пути, колеи, канавы, проходить по переувлажненным и рыхлым грунтам с низкой несущей способностью, заболоченным участкам.

Проходимость машины определяется: удельным давлением на площади контакта ходовых устройств (колес, гусениц) о поверхность дороги; радиусом продольной р₁ и поперечной р₂ проходимости; наименьшим просветом С (клиренс) между самой низкой точкой машины (ось, картер) и поверхностью дороги и углами въезда α₁, или съезда α₂ (углом свеса).

На проходимость машины оказывает влияние ее поворотливость или в более широком понятии – маневренность, то есть способность машины передвигаться в стесненных условиях, что зависит главным образом от ее габаритов, базы и рулевого механизма.

Габариты машины, высота и ширина определяют проходимость машины под мостами, в туннелях и в других стесненных условиях движения, а также их маневренность.

Следует также учитывать особенности конструкции ходовой части строительных машин. Например, изменение направления движения гусеничных машин производится остановкой или затормаживанием одной гусеницы. При этом машина может развернуться вокруг оси на месте.

Проходимость колесных машин зависит, в первую очередь, от числа ведущих осей; диаметра, числа и расположения колес; давления в шинах; типа и жесткости протекторов.

Изменение направления движения колесных машин осуществляется изменением положения управляемых колес и другими способами.

Проходимость гусеничных машин зависит не только от удельного давления, передаваемого гусеницами, но и от величины силы оцепления, определяемой характером зацепления гусениц с поверхностью дороги.

Проходимость передвижных машин во многом зависит от веса, приходящегося на ведущие устройства ходовой части, называемого сцепной вес, ибо величина силы сцепления ведущих устройств с поверхностью движения ограничивает максимальную тягу машины.

Отметим, что фактическая величина удельного давления гусениц значительно отличается от среднего значения, так как во время движения положение центра тяжести машины относительно опоры смещается и равнодействующая от внешних сил действует несимметрично гусеницам.

Укажем, что среднее удельное давление на поверхность движения для машин на гусеничном ходу может быть определено соотношением

Р_УД.СР^Г= Q/(2 b L) , (2.6)

где Q – вес машины; b – ширина одной гусеницы; L – длина опорной части гусеницы.

Удельное давление у пневмоколесных машин зависит от давления внутри шины, жесткости покрышки и физических свойств грунта:

Р_УД.СР^К= К Рш, (2.7)

где К – коэффициент, учитывающий влияние жесткости покрышки пневмоколеса ( к – 1,2 …1,25); Рш – давление воздуха в шине.

Важным показателем характеристики машины является ее устойчивость. Особенно это относится к таким машинам, которые в процессе работы подвергаются воздействию изменяющихся в значительных пределах и с определенной частотой нагрузок, влияющих на устойчивость машины.

К таким машинам относятся стреловые краны и одноковшовые экскаваторы.

Устойчивость машины против опрокидывания обычно обеспечивается ее весом, расположением центра тяжести, соответствующим расположением самой машины, ее узлов и деталей во время работы.

Так, для определения устойчивости стрелового крана вычисляют коэффициент грузовой устойчивости, характеризующий отношение момента всех действующих на кран сил М_уд (кроме поднимаемого груза) к моменту, создаваемому грузом относительно точки или ребра, то есть М_опр – момент опрокидывания.

Оба эти момента определяются относительно ребра или точки опрокидывания. Коэффициент устойчивости опрокидыванию определяют как

К_уст = М_уд / М_опр . (2.8)

Из–за сложных условий эксплуатации к строительным технологическим машинам предъявляется широкий ряд требований. Помимо высокой производительности, проходимости, маневренности и других технологических параметров эти машины должны иметь мощные экономичные двигатели, обеспечивающие высокие транспортные скорости, небольшой габарит, допускающий без разборки перевозку машины в транспортных средствах.

Современные машины строительного комплекса по устройству не являются простыми, они одновременно обладают достаточной универсальностью, обеспечивающей выполнение одной машиной различных по характеру работ, и способны выполнять определенные и различные задачи.

Наличие электронных систем и ЭВМ требуют достаточно высокой квалификации обслуживающего персонала. Рабочие органы машин при относительно небольшом их размере должны быть достаточно прочными и допускать использование их на обработке материалов с различной структурой и механическими свойствами без снижения производительности.

Выполняя различные задачи, любые эксплуатационные машины и тягачи должны иметь герметизированные кабины для возможности выполнения работ в зонах химического загрязнения и радиоактивного заражения.

Рассматривая влияние условий эксплуатации и режимов работы на технико-экономические показатели (производительность и выработку машин), укажем следующее.

Поиск путей повышения производительности отдельных машин проводят на основе анализа формул производительности и показателей функционального назначения машин.

Так, повышение показателей энергоэффективности при проектировании, производстве и эксплуатации машин приводит к росту производительности за счет увеличения объемов и площади разрабатываемых материалов при соответствующем росте усилий на рабочих органах, а также сокращению времени цикла или повышению скорости непрерывного движения за счет увеличения рабочей скорости.

Улучшение показателей проходимости повышает коэффициент использования машины по времени в результате повышения скорости и сокращения времени передвижения ее по площадке, особенно в стесненных условиях.

Применение самоходных машин, не требующих привлечения дополнительных транспортных средств, сокращает потери времени на перебазирование и повышает годовой фонд рабочего времени машины.

Применение сменного рабочего оборудования на экскаваторах и мини–погрузчиках повышает коэффициенты их использования по времени за счет сокращения простоев и повышения сменности, обеспечивая возможность выполнения смежных технологических операций одной базовой машиной.

Использование специального рабочего оборудования, например сменных ковшей экскаваторов и отвалов бульдозеров, повышает их производительность за счет увеличения коэффициентов наполнения, уменьшения степени разрыхления грунта и снижения удельного сопротивления копанию, то есть обеспечивает увеличение значений коэффициента условий производства работ на объекте.

Внедрение средств встроенной диагностики и бортовых компьютеров сокращает время простоев машины при техническом обслуживании и ремонте за счет своевременного выявления отклонений в режимах ее работы и оперативного проведения требуемых технических воздействий.

В процессе работы строительных технологических машин циклического действия необходимо стремиться к сокращению времени цикла. Например, в экскаваторах это возможно за счет совмещения операций копания и перемещения грунта, а также правильной расстановки транспортных средств в забое, сокращающей угол поворота экскаватора на выгрузку.

Касаясь оценки эффективности работ машин строительного комплекса, отметим следующее.

Эффективность работы машины, зависящая от возможности реализации ее свойств в конкретных условиях эксплуатации, можно оценивать удельными приведенными затратами. Этот интегральный показатель определялся следующим образом:

С_уд.пр= С_е+Е_н К_уд, (2.9)

где С_е – себестоимость единицы продукции, р./ед.; Е_н – нормативный коэффициент эффективности капитальных вложений; К_уд – удельные капитальные вложения в основные производственные средства, равные частному от деления стоимости машины, включая доставку к потребителю, на годовую эксплуатационную производительность.

Себестоимость единицы продукции определяется делением планово–расчетной стоимости машино-часа эксплуатации (р./маш.–ч) на эксплуатационную часовую производительность (ед./ч) либо часовую выработку машины по данным СНиП или ЕНиР.

В условиях рыночной экономики использование удельных приведенных затрат при оценке эффективности эксплуатации строительных и дорожных машин вызывает определенные сложности.

Так, в условиях рыночной экономики нормативный коэффициент эффективности капитальных вложений трактуется как банковская ставка рефинансирования, которая в различные моменты переходного периода изменяется от 0,15 до 2,0, а в настоящее время колеблется в пределах 0,4... 0,5.

Приведенные соображения затрудняют использование удельных приведенных затрат в качестве критерия эффективности эксплуатации машин, так как при этом искажаются результаты расчетов, то есть они получаются неоднозначными.

Расчет эффективности применения строительных и дорожных машин в условиях рыночной экономики можно проводить на основе себестоимости единицы продукции, которая учитывается для определения прибыли от выполненных работ.

В ряде случаев для сравнения эффективности проведенных работ можно пользоваться нормативными документами, рекомендуемыми Госстроем России, а именно разработанным нормативным документом МДС 81–3.99 «Методические указания по разработке сметных норм и расценок на эксплуатацию строительных машин и автотранспорта». Поэтому сметные расценки на эксплуатацию машин инженерного применения включают в себя следующие статьи затрат, р./маш.-ч,

С_маш= А+ Р +Б +З +Э +С +Г +П, (2.10)

где А – амортизационные отчисления на полное восстановление; Р – затраты на выполнение всех видов ремонта, диагностирование и техническое обслуживание; Б – затраты на замену быстроизнашивающихся частей; 3 – зарплата механиков–водителей, управляющих машиной; Э – затраты на энергоносители; С – затраты на смазочные материалы; Г – затраты на рабочие и охлаждающие жидкости; П – затраты на перебазировку машин с одного объекта (площадки) на другой, включая монтаж машин с выполнением пусконаладочных операций, демонтаж (в случае необходимости), транспортировку и погрузочно-разгрузочные операции.

Себестоимость единицы продукции определяется делением сметных расценок эксплуатации машин на производственную норму выработки либо на часовую эксплуатационную производительность конкретной машины.

Для увеличения прибыли от эксплуатации строительных и дорожных машин себестоимость единицы продукции необходимо стремиться снизить до минимума, это обеспечивается повышением часовой эксплуатационной производительности или сокращением эксплуатационных затрат.

Известно, что в составе эксплуатационных затрат самую большую долю (40... 60 %) составляют затраты на топливо (поэтому необходимо применять эффективные способы снижения расхода топлива).

Далее по удельному весу в составе эксплуатационных затрат в зависимости от типа машины идут затраты на ремонт, диагностирование и техническое обслуживание, оплату труда или амортизационные отчисления.

Способы снижения затрат на ТО и ремонт – это особый вопрос, который может быть рассмотрен отдельно. Укажем, что их во многом определяют надежность машины и качество сервисных работ. Отметим, что амортизационные отчисления определяются нормативами.

Расходы на смазочные материалы и технические жидкости зависят от стоимости энергоносителей, и их экономия тесно связана с эффективным использованием топлива.

Снижение затрат на замену быстро изнашивающихся частей зависит от их надежности (износостойкости), то есть во многом определяется технологической дисциплиной их изготовления и правильной эксплуатацией сменной оснастки, указанной в технической документации.

Таковы технико-экономические аспекты, связывающие параметры выработки с надежностью, работоспособностью и эксплуатационными характеристиками строительных и дорожных машин.

Контрольные вопросы

1. Как классифицируют машины строительного комплекса?

2. Что такое класс, подкласс, группа, подгруппа, вид, подвид, индекс?

3. Что такое типаж машины строительного комплекса?

4. Как подразделяются по назначению строительные машины?

5. Перечислите машины строительного технологического комплекса.

6. Для чего применяют бульдозер, в чем его отличие от скрепера?

7. Чем отличаются технические системы, экскаватор и каток?

8. Перечислите подсистемы и механизмы автогрейдера.

9. Что относится к понятию, базовая машина и укажите её основные узлы?

10. Какие этапы эксплуатации машины Вы знаете.

11. Расскажите о классификации машин для земляных работ

12. Расскажите о классификации грузоподъемных машин.

13. Приведите примеры групп строительных машин в соответствии с установленными буквенными обозначениями.

14. На какие подклассы по назначению делятся строительные машины и машины, используемые при строительстве объектов.

15. Рассказать об иерархиях строительных машин общего назначения.

16. Укажите основные классификационные группы строительных машин.

17. Как определяют эксплуатационную производительность машины?

18. Как определяют себестоимость единицы продукции?