π – постоянное число (отношение длины окружности к длине её диаметра);

e – основание натурального логарифма.

Известно, что если площадь, ограниченную кривой нормального распределения принять за 1 или 100 %, то можно рассчитать площадь, заключенную между кривой и любыми двумя ординатами. Воспользовавшись формулой 2.28, можно рассчитать организационно- технологический риск (в процентах) не достижения земснарядом производительности xт по следующей формуле

Тогда организационно-технологическая надёжность достижения земснарядом производительности xт в процентах рассчитывается по формуле

ОТН =100 − ОТР. (2.30)

Соискателем предложен метод оценки организационно- технологической надёжности работы многоступенчатых гидротранспортных систем, позволяющий прогнозировать основные показатели работы многоступенчатой гидротранспортной системы и парка машин в целом. Этот метод является универсальным и его можно использовать для оценки ОТН любых строительных машин.

2.6. Моделирование организационно-технологической надежности работы комплектов машин для производства земляных работ

Для выполнения земляных работ на площадке принимают комплекты машин, состоящие из ведущих и комплектующих машин, которые подбираются по назначению и производительности так, чтобы значение наперед заданной целевой функции было наименьшим.

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;

65

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

При выборе комплектов машин рассматриваются все возможные варианты, для которых определяется значение 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 за вычетом подготовительных работ, сут;

n – количество рабочих смен в сутках;

Пс – сменная эксплуатационная производительность ведущей машины, м3/смен.

2.6.1. Модель подбора одноковшового экскаватора

Категория грунта выбирается из базы данных для каждого технологического процесса с учетом применяемой машины.

Рабочее оборудование экскаватора принимают с учетом объемов разрабатываемого грунта, средней высоты забоя и заданной продолжительности выполнения работ на основе многовариантных проработок.

Сменная производительность экскаватора

Tсн ≤ Tс ≤ Tск ,

Kнн ≤ Kн ≤ Kнк ,

Kвн ≤ Kв ≤ Kвк ,

Kрн ≤ Kр ≤ Kрк , tцн ≤ tц ≤ tцк ,

где q – геометрическая вместимость ковша, м3; n – количество проектировок;

равномерно распределенные случайные величины:

Tc – продолжительность смены, ч;

66

Kн – коэффициент наполнения ковша;

Kв – коэффициент использования машины по времени, учитывающий

неизбежные внутрисменные простои, вызванные технологией и организацией работы машин;

Kр – коэффициент разрыхления грунта;

tц – продолжительность цикла одноковшовых экскаваторов, с;

диапазоны изменения случайных величин:

Tсн и Tск – минимальная и максимальная продолжительность смены;

Kнн и Kнн – минимальный и максимальный коэффициент наполнения ковша;

Kвн и Kвк – минимальный и максимальный коэффициент использования машины по времени;

Kрн и Kрк – минимальный и максимальный коэффициент разрыхления грунта;

tцн и tцк – минимальная и максимальная продолжительность цикла од-

ноковшовых экскаваторов.

Проведенные соискателем исследования позволили выявить основные факторы, влияющие на ОТН работы одноковшовых экскаваторов (таблица 2.26–2.27). В таблице 2.27 приведена модель сменной производительности экскаватора ЭО-4321Б с вместимостью ковша 0,8 м3 при разработке грунта первой категории. Проведенные исследования для других марок экскаваторов показали, что значимость факторов, влияющих на организационно-технологическую надежность работы

изменяется незначительно в пределах ±3 процентов.

Таблица 2.26. Факторы, влияющие на ОТН работы одноковшовых экскаваторов

67

Lнпор ≤ Lпор ≤ Lкпор ,

Vгружн ≤Vгруж ≤Vгружк ,

Vпорн ≤Vпор ≤Vпорк ,

Tсн ≤ Tс ≤ Tск ,

Kнн ≤ Kн ≤ Kнк ,

Kвн ≤ Kв ≤ Kвк ,

Kрн ≤ Kр ≤ Kрк , tцн ≤ tц ≤ tцн ,

tустн ≤ tуст ≤ tустк , tразгрн ≤ tразгр ≤ tразгрк ,

γгн ≤ γг ≤ γгк ,

где q – геометрическая вместимость ковша, м3; n – количество проектировок;

tат – время цикла транспортного процесса, с;

tат* – время цикла транспортного процесса при времени ожидания равном нулю, с;

tо – время ожидания погрузки, с;

N – необходимое количество самосвалов, исходя из условия обеспечения непрерывной работы экскаватора и дальности возки грунта;

Vгк – объем грунта в ковше экскаватора, м3;

Mгк – масса грунта в ковше экскаватора, т;

Vкуз – вместимость кузова автомобиля-самосвала, м3;

Pат – грузоподъемность самосвала, т;

Trunc – функция округления до ближайшего минимального целого числа;

равномерно распределенные случайные величины:

Tc – продолжительность смены, ч;

69

Kн – коэффициент наполнения ковша;

Kв – коэффициент использования машины по времени, учитывающий

неизбежные внутрисменные простои, вызванные технологией и организацией работы машин;

Kр – коэффициент разрыхления грунта;

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

Lгруж, Lпор – расчетное расстояние перемещения грунта и длина пути

порожнего хода самосвала, м;

Vгруж, Vпор – скорость движения груженого и порожнего самосвала, м/с; tразгр – время разгрузки самосвала с учетом установки машины под раз-

грузку, с;

tц – продолжительность цикла одноковшовых экскаваторов, с; tуст – время установки самосвала под погрузку,с;

γг – объемная плотность грунта, т/м3;

диапазоны изменения случайных величин:

Lнгруж и Lкгруж – минимальное и максимальное расстояние перемещения грунта автомобилем-самосвалом, м;

Lнпор и Lкпор – минимальная и максимальная длина пути порожнего хода самосвала, м;

Vгружн и Vгружк – минимальная и максимальная скорость движения груженого автотраспорта, м/с;

Vпорн и Vпорк – минимальная и максимальная скорость движения порожнего автотраспорта, м/с;

Tсн и Tск – минимальная и максимальная продолжительность смены, ч;

Kнн и Kнк – минимальный и максимальный коэффициент наполнения ковша;

Kвн и Kвк – минимальный и максимальный коэффициент использования машины по времени;

Kрн и Kрк – минимальный и максимальный коэффициент разрыхления грунта;

tцн и tцк – минимальная и максимальная продолжительность цикла одноковшовых экскаваторов, с;

tустн и tустк – минимальное и максимальное время установки самосвала под погрузку, с;

tразгн и tразгк – минимальная и максимальная продолжительность разгрузки самосвалов, с; γгн и γгк – минимальная и максимальная плотность грунта, т/м3.

70

Проведенные соискателем исследования позволили выявить основные факторы, влияющие на ОТН работы автосамосвалов

(таблица 2.29).

Таблица 2.29. Факторы, влияющие на ОТН работы автосамосвалов

В парке машин постоянного состава комплект подбирают таким, чтобы обеспечить наибольшую выработку ведущей машины. Например, при производстве земляных работ особенно важно правильно определить состав экскаваторного комплекта и, в частности, соотношение главных параметров экскаватора (вместимости ковша Q, м3) и автосамосвалов (грузоподъемности G и вместимости кузова Vкуз), а также количество автосамосвалов в комплекте Nат.

71

На выбор моделей и числа автосамосвалов влияют два противоположно действующих фактора. С увеличением грузоподъемности уменьшаются простои экскаватора для смены автосамосвалов, растет его выработка. Вместе с тем мощные автосамосвалы увеличивают стоимость комплекта. Рациональное соотношение Q/Vкуз следует рассчитывать для каждого конкретного случая отдельно как с помощью программного обеспечения, разработанного соискателем, тка и при помощи многофакторных математических моделей [180].

2.6.3. Модель подбора скрепера

Сменная производительность скрепера

Lнпор ≤ Lпор ≤ Lкпор ,

Vнапн ≤Vнап ≤Vнапк ,

Vгружн ≤Vгруж ≤Vгружк ,

Vразгн ≤Vразг ≤Vразгк ,

Vпорн ≤Vпор ≤Vпорк , tдопн ≤ tдоп ≤ tдопн , Tсн ≤ Tс ≤ Tск , Kнн ≤ Kн ≤ Kнк , Kвн ≤ Kв ≤ Kвк , Kрн ≤ Kр ≤ Kрк , γгн ≤ γг ≤ γгк ,

где q – геометрическая вместимость ковша скрепера, м3; n – количество проектировок;

72

tц – продолжительность рабочего цикла скрепера, мин; Lнап – длина пути наполнения ковша м;

Lразгр – длина пути разгрузки ковша, м;

bк – ширина захвата ковша в соответствии с паспортом скрепера, м;

равномерно распределенные случайные величины:

Tc – продолжительность смены, ч;

Kн – коэффициент наполнения ковша;

Kв – коэффициент использования машины по времени, учитывающий

неизбежные внутрисменные простои, вызванные технологией и организацией работы машин;

Kр – коэффициент разрыхления грунта;

hст – средняя толщина стружки, м;

hотс – толщина отсыпаемого слоя грунта, которая определяется техниче-

скими возможностями средств уплотнения грунта, используемых при возведении насыпи, м;

Lгруж – расчетное расстояние транспортирования грунта, м; Lпор – длина пути порожнего хода скрепера, м;

Vнап, Vгруж, Vразгр, Vпор – скорости движения скрепера соответственно

при наполнении ковша, груженного, при разгрузке и порожнего, м/мин;

tдоп – время на развороты и переключение скоростей, мин. tст – время стыковки с трактором-толкачем, мин.

γг – объемная плотность грунта, т/м3;

диапазоны изменения случайных величин:

Tсн и Tск – минимальная и максимальная продолжительность смены, ч;

Kнн и Kнк – минимальный и максимальный коэффициент наполнения ковша;

Kвн и Kвк – минимальный и максимальный коэффициент использования машины по времени;

Kрн и Kрк – минимальный и максимальный коэффициент разрыхления грунта;

Lнгруж и Lкгруж – минимальное и максимальное расстояние перемещения грунта скрепером, м;

Lнпор и Lкпор – минимальная и максимальная длина пути порожнего хода скрепера, м;

Vнапн и Vнапк – минимальная и максимальная скорость скрепера при наполнении ковша, м/с;

Vгружн и Vгружк – минимальная и максимальная скорость движения груженого скрепера, м/с;

73

Vразгрн и Vразгрк – минимальная и максимальная скорость скрепера при разгрузке, м/с;

Vпорн и Vпорк – минимальная и максимальная скорость движения порожнего скрепера, м/с;

hстн и hстк – минимальная и максимальная средняя толщина стружки, м;

hотсн и hотск – минимальная и максимальная толщина отсыпаемого слоя, м;

tдопн и tдопк – минимальное и максимальное время на развороты и п е- реключение скоростей, мин;

tстн и tстк – минимальное и максимальное время на стыковку с тракто- ром-толкачем, мин; γгн и γгк – минимальная и максимальная плотность грунта, т/м3.

Проведенные соискателем исследования позволили выявить основные факторы, влияющие на ОТН работы скреперов (таблица 2.32).

Таблица 2.32. Факторы, влияющие на ОТН работы скреперов

Таблица 2.33. Модель сменной производительности скрепера ДЗ-20

Таблица 2.34. Характеристика модели сменной производительности скрепера ДЗ-20

74

2.6.4. Модель подбора бульдозера

Сменная производительность бульдозера

Kс =1− 0,005 Lгруж ,

Lннаб ≤ Lнаб ≤ Lкнаб ,

Lнгруж ≤ Lгруж ≤ Lкгруж ,

Lнразгр ≤ Lразгр ≤ Lкразгр ,

Lнпор ≤ Lпор ≤ Lкпор ,

Vнапн ≤Vнап ≤Vнапк ,

Vгружн ≤Vгруж ≤Vгружк ,

Vразгн ≤Vразг ≤Vразгк ,

Vпорн ≤Vпор ≤Vпорк , tдопн ≤ tдоп ≤ tдопк , Tсн ≤ Tс ≤ Tск , Kпрн ≤ Kпр ≤ Kпрк , Kуклн ≤ Kукл ≤ Kуклк ,

Kвн ≤ Kв ≤ Kвк ,

Kрн ≤ Kр ≤ Kрк ,

где n – количество проектировок;

Vотв – объем грунтовой призмы после завершения операции, м3;

B – длина отвала, м;

H – высота отвала, м;

Kс – коэффициент сохранения грунта при перемещении;

равномерно распределенные случайные величины:

Tc – продолжительность смены, ч;

Kв – коэффициент использования машины по времени, учитывающий

неизбежные внутрисменные простои, вызванные технологией и организацией работы машин;

75

Kукл – коэффициент, учитывающий, работает ли бульдозер под уклон

или на подъём;

Kпр – коэффициент наполнения геометрического объема грунтовой призмы;

Kр – коэффициент разрыхления грунта;

Lнаб, Lгруж, Lразгр, Lпор – соответственно длина пути набора грунта, перемещение грунта к месту отвала, разгрузки и порожнего хода (при

сосредоточенной разгрузке Lразгр / Vразгр = 0), м;

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

tдоп – время опускания отвала, поворота и переключения скоростей,

мин.

диапазоны изменения случайных величин:

Tсн и Tск – минимальная и максимальная продолжительность смены, ч; Kуклн и Kуклк – минимальный и максимальный коэффициент, учитывающий, работает ли бульдозер под уклон или на подъём;

Kвн и Kвк – минимальный и максимальный коэффициент использования машины по времени;

Kрн и Kрк – минимальный и максимальный коэффициент разрыхления грунта;

Lннаб и Lкнаб – минимальное и максимальное расстояние набора грунта бульдозером, м;

Lнгруж и Lкгруж – минимальное и максимальное расстояние перемещения грунта скрепером, м;

Lнразгр и Lкразгр – минимальная и максимальная длина пути разгрузки грунта, м;

Lнпор и Lкпор – минимальная и максимальная длина пути порожнего хода скрепера, м;

Vгружн и Vгружк – минимальная и максимальная скорость скрепера при наполнении ковша, м/с;

Vгружн и Vгружк – минимальная и максимальная скорость движения груженого скрепера, м/с;

Vразгрн и Vразгрк – минимальная и максимальная скорость скрепера при разгрузке, м/с;

Vпорн и Vпорк – минимальная и максимальная скорость движения порожнего скрепера, м/с;

76

tдопн и tдопк – минимальное и максимальное время на развороты и п е-

реключение скоростей, мин.

Проведенные соискателем исследования позволили выявить основные факторы, влияющие на ОТН работы бульдозеров (таблицы 2.35– 2.37).

Таблица 2.35. Факторы, влияющие на ОТН работы бульдозеров

Таблица 2.36. Модель сменной производительности бульдозера ДЗ-28

Таблица 2.37. Характеристика модели сменной производительности бульдозера ДЗ-28

2.6.5. Модель подбора автогрейдера

Сменная эксплуатационная производительность автогрейдера при производстве планировочных работ, м2/ч:

Tсн ≤ Tс ≤ Tск , Kвн ≤ Kв ≤ Kвк , Vпн ≤Vп ≤Vпк ,

mн ≤ m ≤ mк ,

77

Bн ≤ B ≤ Bк , bн ≤ b ≤ bк ,

tпон ≤ tпо ≤ tпок , tоон ≤ tоо ≤ tоок , tпсн ≤ tпс ≤ tпск ,

tцн ≤ tц ≤ tцк ,

где n – количество проектировок;

равномерно распределенные случайные величины:

Tc – продолжительность смены, ч;

Kв – коэффициент использования автогрейдера по времени в течение

рабочего дня, равен 0,8…0,95 в зависимости от квалификации обслуживающего персонала, технического состояния машины и организации работ;

m – необходимое число проходов автогрейдера по одному месту; B – ширина полосы планирования отвалом, м;

b – ширина перекрытия смежных полос планирования, м;

Vкмп/ч–; средняя скорость движения автогрейдера при планировании,

tпо , tоо , tпс – время подъёма, опускания отвала и переключения передач, мин;

tц – время цикла автогрейдера, мин;

диапазоны изменения случайных величин:

Tсн и Tск – минимальная и максимальная продолжительность смены, ч;

Kвн и Kвк – минимальный и максимальный коэффициент использования машины по времени;

Vпн и Vпк – минимальная и максимальная скорость движения автогрейдера, м/с;

Bн и Bк – минимальная и максимальная ширина полосы планирования отвалом, м;

bн и bк – минимальная и максимальная ширина перекрытия смежных полос планирования, м;

tпон и tпок – минимальное и максимальное время подъема отвала, мин;

tоон и tоок – минимальное и максимальное время опускания отвала, мин;

tпсн и tпск – минимальное и максимальное время переключения передач, мин;

78

tцн и tцк – минимальное и максимальное время цикла автогрейдера,

мин.

Проведенные соискателем исследования позволили выявить основные факторы, влияющие на ОТН работы автогрейдеров (таблица 2.38).

Таблица 2.38. Факторы, влияющие на ОТН работы автогрейдеров

2.6.6. Модель подбора катка

Сменная эксплуатационная производительность катка при уплотнении грунта, м3/ч:

tдопн ≤ tдоп ≤ tдопк ,

где n – количество проектировок;

равномерно распределенные случайные величины:

Tc – продолжительность смены, ч;

79

Kв – коэффициент использования катка по времени в течение рабочего

дня, равен 0,8…0,95 в зависимости от квалификации обслуживающего персонала, технического состояния машины и организации работ;

Vк – скорость движения катка при уплотнении грунта, км/ч;

m – необходимое число проходов катка по одному месту;

Lс, Hс, Bс – соответственно длина, толщина и ширина полосы уплотняемого слоя, м;

b – ширина перекрытия смежных полос при уплотнении, м; tдоп – время на повороты и холостой ход, ч;

диапазоны изменения случайных величин:

Tсн и Tск – минимальная и максимальная продолжительность смены, ч;

Kвн и Kвк – минимальный и максимальный коэффициент использования машины по времени;

Vпн и Vпк – минимальная и максимальная скорость движения катка, км/ч;

Lнс и Lкс – минимальная и максимальная длина полосы уплотняемого слоя, м;

Hсн и Hск – минимальная и максимальная толщина полосы уплотняемого слоя, м;

Bсн и Bск – минимальная и максимальная ширина полосы уплотняемого слоя, м;

bн и bк – минимальная и максимальная ширина перекрытия смежных полос при уплотнении, м;

tдопн и tдопк – минимальное и максимальное время на повороты и холо-

стой ход, ч; Проведенные соискателем исследования позволили выявить основ-

ные факторы, влияющие на ОТН работы катков (таблица 2.39).

Таблица 2.39. Факторы, влияющие на ОТН работы катков

80