i=N

∑ОТНi ti ni

где N – количество комплектов в комплексе машин; ti – темп строительства i-го комплекта;

tдир – темп строительства комплекса.

Требуемая организационно-технологическая надежность работы i-го комплекта в процентах должна удовлетворять следующему условию

ОТНiтр ≥ 50 tдир . (1.42) ti

Организационно-технологическая надежность работы автомоби- лей-самосвалов и других вспомогательных машин определяется по формуле

i =N

ОТН = ∑i =1 ОТНi =N i Пi ni , (1.43)

∑Пi ni

i =1

где N – количество видов вспомогательных машин в комплекте; Пi – производительность вспомогательной машины i-го вида; ni – количество вспомогательных машин i-го вида комплекте.

1.6. Оценка надежности технологических процессов

Соискателем разработана схема формирования комплекта машин и механизмов с учётом организационно-технологической надёжности строительства. Она приведена на рисунке 1.7. Процесс начинается с выбора возможных комплектов машин и механизмов. При этом предусмотрено два пути формирования вариантов комплектов. Первый путь, когда рассматриваются все возможные комплекты машин и механизмов, является более общим. Второй путь, когда заданы виды машин и механизмов, из которых будут сформированы варианты комплектов, ограничен только теми машинами и механизмами, которые реально могут быть использованы конкретной организацией. Это позволяют сформировать из имеющихся в базе данных машин и механизмов любой вариант и оценить его надежность.

При формировании вариантов комплектов определяется потребность в различных видах машин и механизмов с учетом работы, подлежащей выполнению. Создается выборка подходящих типоразмеров и показателей машин. С помощью этой выборки формируются допустимые варианты решения.

25

Для каждого варианта формируется выборка возможных отклонений показателей конкретного комплекта при различных условиях производства работ (рисунок 1.7), рассчитываются основные технико- экономические показатели и определяется значение целевой функции.

Далее для всех факторов выборки определяется принадлежность их к закону нормального распределения и строятся кривые плотности распределения каждого фактора.

Решение поставленной задачи заканчивается выбором лучшего варианта комплекта машин и механизмов по заданным критериям и выводом для него основных технико-экономических показателей:

производительности комплекта машин и механизмов; нормы времени на разработку единицы продукции; нормы выработки за единицу времени; продолжительности выполнения работ; себестоимости единицы продукции; трудоемкости единицы продукции; организационно-технологической надежности.

Описанный выше процесс позволяет оценить эффективность любого комплекта машин, показатели которых хранятся в базе данных. Предложенный алгоритм оценки является универсальным в том смысле, что он может быть использован, как при выборе комплектов для производства земляных работ, так и для монтажа зданий и т.д.

Без использования базы технических и экономических показателей машин и механизмов сложно определить рациональные области применения комплектов машин. Как уже отмечалось, все экономические показатели в базе данных должны быть рассчитаны по единой методике, иначе нельзя рассчитывать на достоверность полученных результатов. В настоящее время, резкое колебание цен не позволяет составить долгосрочные прогнозы на рациональные области применения комплектов строительных машин. Поэтому в каждом конкретном случае приходится проводить многовариантные расчёты и уточнять рациональные области применения того или иного комплекта машин и механизмов.

Основными требованиями для оптимального комплектования машин являются:

соответствие конструктивных характеристик и технологических возможностей машин условиям производства работ;

взаимная увязка производительности и согласованность работы ведущих и комплектующих машин;

обеспечение высоких технико-экономических показателей работы комплекта за счет четкой организации работы и применения передовых технологий;

максимальная механизация работ, исключающая или обеспечивающая минимальный объем работ, выполняемых вручную.

27

При выборе комплектов машин рассматриваются все возможные варианты и определяется значения заданной целевой функции. По минимальному значению последней делается окончательный выбор комплекта машин.

Количество ведущих машин в составе комплекта определяется в зависимости от объемов работ, заданной продолжительности и сменной производительности ведущей машины

где V – объем работы, м3;

T – заданная продолжительность работ, сут; n – количество рабочих смен в сутках;

Пс – сменная эксплуатационная производительность ведущей машины

с учётом организационно-технологической надёжности комплекта, м3/смен.

Для расчёта организационно-технологической надёжности экскаваторного комплекта разработан алгоритм выбора ведущих и вспомогательных машин для разработки и транспортировки грунта. Рабочее оборудование экскаватора принимают с учетом объемов разрабатываемого грунта, средней высоты забоя и заданной продолжительности выполнения работ на основе многовариантных расчетов.

1.4.1. Методика расчета параметров и показателей работы экскаваторного комплекта

Сменная производительность экскаватора с учётом организацион- но-технологической надёжности комплекта определяется по формуле

где Tc – продолжительность смены, ч;

q – геометрическая вместимость ковша, м3; Kн – коэффициент наполнения ковша;

Kр – коэффициент разрыхления грунта;

tц – продолжительность цикла одноковшовых экскаваторов, мин;

pн, pр, pэк – соответственно вероятностная доля отклонения от нормативной (расчетной) коэффициента наполнения ковша, коэффициента разрыхления грунта и продолжительности цикла экскавации;

Kирв – коэффициент использования рабочего времени, учитывающий все простои машины, методика расчета коэффициента изложена в

[186].

28

Для оценки организационно-технологической надёжности работы экскаваторного комплекта рассчитываем вероятностную долю отклонения продолжительности цикла экскавации от расчётной величины

где Pэк – максимальный процент вероятностного отклонения от расчётной продолжительностей цикла экскавации;

m – число ковшей грунта, загружаемых в кузов самосвала, шт.;

Randomi – случайное вещественное число в интервале от нуля до единицы для i-го варианта.

Вероятностная доля отклонения от расчётного коэффициента наполнения ковша и коэффициента разрыхления грунта определяются аналогично вероятностной доле отклонения от расчётной продолжительности цикла экскаватора (формула 1.46).

Число ковшей грунта, загружаемых в кузов самосвала, принимаем минимальным из условия вместимости кузова автотранспорта

и условия грузоподъёмности автотранспорта

m ≤ Pат , (1.48)

M г

где Mг – масса грунта в ковше экскаватора, т; Pат – грузоподъемность самосвала, т;

Vкуз – объём кузова, м3.

При формировании ресурсосберегающих комплектов выбор машин для транспортировки грунта производится на основе многовариантных расчетов, при этом грузоподъемность и вместимость кузова автосамосвала должны обеспечивать погрузку грунта от трех ковшей экскаватора.

Масса грунта в ковше экскаватора определяется по формуле

M г = q γг Kн pн , (1.49)

где γг – объемная плотность грунта, т/м3.

Расчётное количество самосвалов, исходя из условия обеспечения непрерывной работы ведущей машины – экскаватора, с учетом дальности транспортирования грунта, определяется по формуле

N = tат , (1.50)

tпогр

где tат – время цикла транспортного процесса, мин;

29

tпогр – время погрузки одного автомобиля, мин.

Время погрузки одного автосамосвала с учетом установки под погрузку

tпогр = m tц pэк +tуст , (1.51)

tц – время цикла экскавации, мин;

tуст – время установки самосвала под погрузку,tуст = 0,5 мин. Время транспортного цикла определяется по формуле

где Lгруж, Lпор – расчетное расстояние перемещения грунта и длина пути

порожнего хода самосвала, м;

Vгруж, Vпор – скорость движения груженого и порожнего самосвала, м/мин;

tразгр – время разгрузки самосвала с учетом установки машины под раз-

грузку, tразгр = 1,5 мин;

tо – время ожидания до погрузки, мин;

pат – вероятностная доля отклонения от расчётной продолжительности рабочего цикла автотранспорта.

Вероятностная доля отклонения от расчётной продолжительности цикла автотранспорта определяется по формуле

где Pат – максимальный процент вероятностного отклонения от расчётной продолжительности цикла автотранспорта.

Длительность оптимального транспортного цикла определяется по формуле

Определение необходимого количества самосвалов производится по формуле

N* = Trunc t *ат +1, (1.55)

tпогр

где Trunc(x) – функция округления x до ближайшего целого, не превышающего x.

Время ожидания определяется по формуле

tо = tпогр N *−t *ат . (1.56)

Сменная производительность экскаватора при tо > 0 определяется по формуле 1.45, в противном случае производительность определяется по формуле

30

Стоимость производства работ с помощью экскаваторного комплекта определяется по формуле

i=N

Ск = Сэк pсэк tэк + pсат ∑Cатi ti , (1.58) i=1

где Cэк – стоимость машино-часа экскаватора, р.;

pсэк, pсат – соответственно вероятностная доля отклонения от расчётной стоимости машино-часа экскаватора и автотранспорта за K месяцев работы комплекта;

tэк – продолжительность работы экскаватора, ч;

Cатi – стоимость машино-часа i-го автотранспорта, р.; ti – продолжительность работы i-го автотранспорта, ч.

Вероятностная доля отклонения от расчётной стоимости машино- часа экскаватора за K месяцев работы комплекта определяется по формуле

где Pсэк – максимальный процент вероятностного отклонения от расчётной стоимости машино-часа экскаватора.

Вероятностная доля отклонения от расчётной стоимости машино- часа автотранспорта за K месяцев работы комплекта определяются аналогично вероятностной доле отклонения от расчётной стоимости машино-часа экскаватора (формула 1.59).

Стоимость разработки 1000 м3 грунта экскаваторным комплектом определяется по формуле

C1 = CVк 1000 . (1.60)

1.4.2. Методика расчета параметров и показателей работы скреперного комплекта

Скреперный комплект следует подбирать с учетом ОТН, объемов работ, средней дальности транспортировки грунта и заданной продолжительности выполнения работ на основе многовариантных расчетов.

Сменная производительность скрепера определяется по формуле

где Tc – продолжительность смены, ч;

31

q – геометрическая вместимость ковша, м3; Kн – коэффициент наполнения ковша;

Kр – коэффициент разрыхления грунта;

tц – продолжительность цикла скреперов, мин;

pн, pр, pск – соответственно вероятностная доля отклонения от расчетной коэффициента наполнения ковша, коэффициента разрыхления грунта и продолжительности цикла скрепера;

Kв – коэффициент использования рабочего времени, учитывающий все простои машины.

Далее для оценки организационно-технологической надёжности работы скреперного комплекта рассчитываем вероятностную долю отклонения от расчётной продолжительности цикла скрепера

где Pск – максимальный процент вероятностного отклонения от расчётной продолжительностей цикла скрепера;

N – количество скреперов в комплекте, шт.

Вероятностная доля отклонения от расчётного коэффициента наполнения ковша и коэффициента разрыхления грунта определяются аналогично вероятностной доле отклонения от расчётной продолжительности цикла скрепера (формула 1.62).

Масса грунта в ковше скрепера определяется по формуле

M г = q γг Kн pн , (1.63)

где γг – объемная плотность грунта, т/м3.

Время транспортного цикла определяется по формуле

tц = Lнап + Lгруж + Lразгр + Lпор +tдоп , (1.64) Vнап Vгруж Vразгр Vпор

где Lнап, Lгруж, Lразгр, Lпор – расчетная длина наполнения ковша, расстояние перемещения грунта, длина разгрузки ковша и длина пути порожнего

хода скрепера, м;

Vнап, Vгруж, Vразгр, Vпор – скорость движения скрепера при наполнении ковша, груженого, при разгрузки ковша и порожнего, м/мин;

tдоп – время на развороты и переключение скоростей, мин. Длина пути наполнения ковша определяется по формуле

32

где bк – ширина захвата ковша в соответствии с паспортом скрепера, м; hст – средняя толщина стружки, м.

Длина пути разгрузки ковша определяется по формуле

где hотс – толщина отсыпаемого слоя грунта, которая определяется тех-

ническими возможностями средств уплотнения грунта, используемых при возведении насыпи, м.

Стоимость производства работ скреперного комплекта определяется по формуле

i=N

Ск = Стт pстт tтт + pсск ∑Cскi ti , (1.67) i=1

где Cтт – стоимость машино-часа трактора-толкача, р.;

pсск, pстт – соответственно вероятностная доля отклонения от расчётной стоимости машино-часа скрепера и трактора-толкача за K месяцев работы комплекта;

tтт – продолжительность работы трактора-толкача, ч; Cскi – стоимость машино-часа i-го скрепера, р.;

ti – продолжительность работы i-го скрепера, ч.

Вероятностная доля отклонения от расчётной стоимости машино- часа скрепера за K месяцев работы комплекта определяется по формуле

где Pсск – максимальный процент вероятностного отклонения от расчётной стоимости машино-часа скрепера.

Вероятностная доля отклонения от расчётной стоимости машино- часа трактора-толкача за K месяцев работы комплекта определяются аналогично вероятностной доле отклонения от расчётной стоимости машино-часа скрепера (формула 1.68).

Стоимость разработки 1000 м3 грунта скреперным комплектом определяется по формуле

C1 = CVк 1000 . (1.69)

1.4.3. Модель технологического процесса бульдозерного комплекта

Бульдозерный комплект следует подбирать с учетом ОТН, объемов работ, средней дальности возки грунта и заданной продолжительности выполнения работ на основе многовариантных проработок.

Сменная производительность бульдозера определяется по формуле

33

где Tc – продолжительность смены, ч;

Vотв – объём грунтовой призмы, м3;

Kукл – коэффициент, учитывающий работает ли бульдозер под уклон

или подъём;

Kр – коэффициент разрыхления грунта;

tц – продолжительность цикла бульдозеров, мин;

pукл, pр, pб – соответственно вероятностная доля отклонения коэффициента, учитывающего работу бульдозера под уклон, коэффициента разрыхления грунта и продолжительности цикла бульдозера;

Kв – коэффициент использования машины по времени, учитывающий

неизбежные внутрисменные простои, вызванные технологией и организацией работы машин.

Далее для оценки организационно-технологической надёжности работы бульдозерного комплекта рассчитываем вероятностную долю отклонения от расчётной продолжительности цикла бульдозера

где Pб – максимальный процент вероятностного отклонения от расчётной продолжительностей цикла бульдозера;

N – количество бульдозеров в комплекте, шт.

Вероятностная доля отклонения от расчётного коэффициента, учитывающего работу бульдозера под уклон и коэффициента разрыхления грунта определяются аналогично вероятностной доле отклонения от расчётной продолжительности цикла бульдозера

(формула 1.71).

Объём грунтовой призмы зависит от размера отвала бульдозера, свойств грунта и определяется по формуле

Vотв = 0,5 B H 2 , (1.72)

Kпр pпр

где B – длина отвала, м;

H – высота отвала, м;

Kпр – коэффициент наполнения геометрического объёма грунтовой призмы;

pпр – доля вероятностного отклонения коэффициента наполнения геометрического объёма грунтовой призмы определяется аналогично вероятностной доле отклонения от расчётной продолжительности цикла бульдозера (формула 1.71).

34

Время транспортного цикла определяется по формуле

tц = Lнаб + Lгруж + Lразгр + Lпор +tдоп , (1.73) Vнаб Vгруж Vразгр Vпор

где Lнаб, Lгруж, Lразгр, Lпор – соответственно длина пути набора грунта, перемещения грунта к месту отвала, разгрузки и порожнего хода, м;

Vнаб, Vгруж, Vразгр, Vпор – скорость движения бульдозера при наборе грунта, перемещении грунта, выгрузке и обратном ходе бульдозера, м/мин;

tдоп – время опускания отвала, поворота и переключение скоростей, мин.

Стоимость производства работ бульдозерного комплекта определяется по формуле

i=N

Ск = pсб ∑Cбi ti , (1.74)

i=1

где pсб – вероятностная доля отклонения от расчётной стоимости ма- шино-часа бульдозера за K месяцев работы комплекта;

Cбi – стоимость машино-часа i-го бульдозера, р.; ti – продолжительность работы i-го бульдозера, ч.

Вероятностная доля отклонения от расчётной стоимости машино- часа бульдозера за K месяцев работы комплекта определяется по формуле

где Pсб – максимальный процент вероятностного отклонения от расчётной стоимости машино-часа бульдозера.

Вероятностная доля отклонения от расчётной стоимости машино- часа трактора-толкача за K месяцев работы комплекта определяются аналогично вероятностной доле отклонения от расчётной стоимости машино-часа бульдозера.

Стоимость разработки 1000 м3 грунта бульдозерным комплектом определяется по формуле

C1 = CVк 1000 . (1.76)

35