Планирование механизации транспортного строительства. Учебное пособие

где ∑Кi – инвентарно-расчётная стоимость ведущих машин i-ого типоразмера и комплектующих машин;

– годовая выработка ведущих машин i-ого типоразмера;

Енорм. – нормативный коэффициент эффективности в строительстве; Енорм. = 0,1.

Приведённые затраты, руб., на производство земляных работ на j-ом участке,

отнесённые к 1 машино-смене работы ведущей машины

Фонд рабочего времени, Фi, ведущих машин i-ого типоразмера равен количеству машиноресурсов (часов, смен), которое могут отработать эти машины в плановом периоде. Цель поставленной задачи – это наилучшее распределение фондов, т. е. определение затрат машиноресурсов, хij, работы ведущих машин i-ого типоразмера на j-ом участке, обеспечивающих наилучшее использование всего парка машин [1].

Результаты расчётов заносят в таблицу 2.

Таблица 2 – Расчётная таблица

Расчётную таблицу 2 заполняют в следующем порядке. Указывают фактические номера производственных участков (i = 1, 2, 3, …, n) и объёмы работ на каждом участке (Vj). Каждую ij клетку мысленно разбивают на две вертикальные колонки и записывают в колонке справа величины или Зij, pij, в колонке слева:

вверху , а внизу оставляют место для величин xij, которые определяют расчётом.

51

4.2 Построение математических моделей задач

Для математической записи условий и критерия оптимальности задач годового и оперативного планирования работы машинных парков обычно применяют линейные уравнения и неравенства [1]. Различным постановкам задач соответствуют разнообразные модели. Рассмотрим модель распределительной задачи, которая является основой для построения более сложных моделей. В

соответствии с постановкой этой задачи и принятыми обозначениями условия и цель оптимального планирования имеют математическую запись:

1. Условие современного выполнения механизированных работ ресурсами парка машин записывают в виде ограничений на затраты машинного времени каждой машиной в планируемом периоде [1]

(27)

В левой части неравенства записана сумма затрат машино-смен работы машин i-ого типоразмера на производственных участках, в правой части – фонд рабочего времени машин i-ого типоразмера. Поэтому на каких бы производственных участках ни планировалась работа машин i-ого типоразмера, суммарные затраты машино-

смен не должные превышать фонд рабочего времени, которым располагают эти машины в течение планируемого периода. Число неравенств равно m – числу строк

втаблице 2.

2.Условие выполнения полного объёма работ на каждом производственном

участке

(28)

в левой части уравнений – это суммарная выработка машин на j-ом участке, в

правой части – объём работ на j-ом участке. Следовательно, какие бы машины ни

52

планировались для работы на j-ом участке, их суммарная выработка должна обеспечивать выполнение объёма работ на этом участке.

3. Затраты машино-смен не могут быть отрицательными

4. Целевая функция в математической модели зависит от принятого критерия оптимальности. Если в качестве критерия принята суммарная себестоимость земляных работ, то целевую функцию записывают в виде суммы себестоимостей земляных работ, выполняемых всеми комплектами машин на всех участках

(30)

В зависимости от специфики постановки задачи отдельные условия могут иметь другую математическую интерпретацию. Если, кроме общего срока окончания механизированных работ, задана ограниченная продолжительность работ на r участках, то

где dir – максимально возможные затраты машино-часов работы ведущих машин i-

ого типоразмера на r-ом участке

Ri – продолжительность работы ведущей машины в течение дня, ч;

Tr – продолжительность производства работ на r-ом участке, рабочие дни;

Чi – число ведущих машин i-ого типоразмера.

53

4.3 Оптимальное распределение парка машин методами линейного

программирования

Методы линейного программирования позволяют оптимизировать распределение парка машин [1].

Сущность линейного программирования – это нахождение точек наименьшего или наибольшего значения некоторой функции при определённом наборе ограничений, которые налагают на аргументы. Необходимым условием постановки задачи линейного программирования являются ограничения на наличие ресурсов,

величину спроса, производственную мощность предприятия и другие производственные факторы.

Задача линейного программирования включает:

• Целевую функцию, которую следует минимизировать или максимизировать.

Это может быть минимум издержек или максимум прибыли в временном, денежном или каком-либо другом выражении.

•Ограничения, записанные в виде равенств, неравенств со знаком «≤» и

неравенств со знаком «≥», которые необходимо удовлетворить.

•Граничные условия, которые показывают предельно допустимые максимальные и минимальные значения переменных.

Для решения задач линейного программирования возможно применять графический метод, например, заменив в ограничениях задачи знаки неравенств на знаки точных равенств и построив соответствующие прямые.

Экономически целесообразные варианты плана работы парка машин определяют приближёнными и точными математическими методами [1].

Расчёт приближёнными методами. Наиболее простой – это метод минимального элемента, при котором среди всех величин себестоимостей в таблице 2 находят наименьшую величину. В соответствующую ij позицию таблицы

2 записывают количество машиноресурсов машин i-ого типа, не превышающее фондов Фi и потребности для выполнения объёма работ на j-ом участке

54

Такой расчёт даёт ошибку в величине суммарных затрат, который обычно не превышает 5 % по сравнению с оптимальным планом.

Если изложенные методы не позволяют составить план, обеспечивающий выполнение заданных объёмов работ, то фонды машиноресурсов необходимо распределить в позиции с наибольшей производительностью машин. Если и в таком случае не обеспечивается выполнение условий задачи, то следует изменить заданный срок или состав парка.

Применение в расчётах ЭВМ. Расчёты по распределению парка машин по участкам работ возможно производить вручную, если величины m и n равно или меньше 10 (например, распределение парка взаимозаменяемых средств механизации по объектам на месяц) [1].

Более сложные задачи целесообразнее решать на ЭВМ по специальным программам. В результате расчётов ЭВМ получаются данные, которые содержат сведения о затратах машино-смен машинами на всех участках по приближённому и оптимальному решению, величину критерия оптимальности по этим решениям, а

также число выполненных итераций.

Сетевой график оптимального распределения парка машин состоит из отдельных цепочек работ и событий, причём каждая цепочка изображает работу машин одного типоразмера [1]. Перечень работ каждой цепочки составляется по заполненным в оптимальном плане позициям в соответствующих строках таблицы

2. Например, если в ij-ой позиции записано по оптимальному решению xij машино-

смен, то в i-ую цепочку сетевого графика включают работу комплекта машин i-ого типоразмера на j-ом участке. Продолжительность такой работы

где – число смен работы машин i-ого типоразмера на j-ом участке в день;

Чi – число ведущих машин i-ого типоразмера.

56

Каждой цепочке работ ведущих машин должны предшествовать подготовительные работы.

Завершающие работы на всех участках – это отделочные работы и сдача объектов.

4.4 Оптимальное планирование работы парка машин

Оптимальное планирование работы парка машин для дорожных работ предполагает сочетание трёх групп мероприятий:

Технические. Направлены на повышение технико-эксплуатационных показателей работы парка дорожных и транспортных машин за счёт применения современных высокопроизводительных образцов техники и их оптимального закрепления за видами дорожно-эксплуатационных работ [1].

•Технологические. Предусматривают широкомасштабное применение инновационных технологий в области содержания автомобильных дорог в целях сокращения потребности в материально-технических и трудовых ресурсах [4].

•Организационные. Предполагают оптимальное закрепление объёмов работ по содержанию дорог и обеспечению их выполнения дорожными машинами и транспортными средствами, за базами по хранению или производству материалов.

Для определения необходимого парка дорожно-эксплуатационной техники

рекомендуется выполнить следующие этапы:

–определить состав и виды дорожных работ [1];

–разработать или принять технологию работ с указанием технологических процессов и операций;

–выбрать дорожные машины и оборудование для выполнения принятых технологических процессов и операций;

–определить объёмы работ по отдельным технологическим операциям и процессам;

–рассчитать эксплуатационную производительность машин для содержания дорог с учётом особенностей отдельных операций;

57

–рассчитать необходимое количество выбранных дорожных машин и оборудования;

–составить сводную ведомость принятого парка дорожной техники [1].

Рассмотрим пример технологической группы мероприятий: Технология возведения земляного полотна из привозного грунта, приведённая в таблице 3.

Таблица 3 – Технология производства работ при определении необходимого парка дорожно-эксплуатационной техники для возведения земляного полотна из привозного грунта на автомобильной дороге общего пользования (пример)

Пример. Разработка технологической схемы производства земляных работ для возведения насыпи из привозного грунта

Технологические операции при выполнении линейных земляных работ:

1)срезка растительного слоя на подошве насыпи и постоянной полосе отвода;

2)разработка грунта экскаватором с погрузкой в автосамосвалы;

3)транспортировка грунта автосамосвалами на среднее расстояние 1,95 км;

4)послойное разравнивание грунта бульдозером;

5)подвозка воды и увлажнение грунта;

6)уплотнение грунта;

7)планировка верха и откосов насыпи.

В качестве ведущей машины на участке производства работ принят гусеничный экскаватор Sinomach ZG3210-9C с ёмкостью ковша 0,65 м3. Средняя дальность перемещения грунта на данном участке составит 1 950 м.

Определение объёмов земляных работ на участке (рисунок 2)

Объём земляных работ по участкам определяется по формуле

58

Площадь существующей насыпи определяется по формуле

где В1 – ширина земляного полотна поверху, м;

1

В 1 – ширина земляного полотна по низу определяется по формуле

B11 B1 2m1 Н 1 ,

где Н 1 – высота существующей насыпи, м;

m1 – заложение откосов существующей насыпи.

Площадь новой насыпи в Sнов. определяется аналогично, однако используется проектные ширины насыпи поверху (В), заложение откосов (m) и высота насыпи (Н).

На подсчитанные по формуле объёмы земляных работ водятся поправки:

–на срезку растительного слоя на подошве и откосах (со знаком «+»);

–на устройство новой дорожной одежды (со знаком «-»);

–на разработку существующей дорожной одежды (со знаком «+»).

С учётом этих поправок, формула подсчёта оплачиваемых земляных работ примет вид

Vопл.з. р. (Sнов Sсущ Sс. р.с Sс.д.о Sс.д.о ) * L * K упл

Посчитанный таким образом объём земляных работ составил 133 199 м3.

Определение ширины полосы отвода

Размеры полосы отвода определяют по ширине подошвы насыпей и размерам выемок поверху с учётом размещения боковых и забанкетных канав и предохранительных полос шириной 1 м с каждой стороны дороги

59

ВОТВ. 2 ВР ВН

ВОТВ 2 17,5 20 39,5м

Проверка:

ВОТВ,ФАК ВОТВ.НОРМ ,

где Вотв.норм – ширина полосы отвода нормативная;

Вотв.норм 40м ;

Вотв.факт – ширина полосы отвода фактическая.

39,5 40

Определение послойных объёмов земляных работ

Отсыпку насыпи производят послойно (без учёта дорожной одежды) (рисунок 3).

Рисунок 3 – Послойная отсыпка насыпи

Послойный объём определяется по формуле

Vi SHl lЗАХ КУПЛ ,

где i – номер слоя;

S Hi – площадь i-го слоя, м2

где аi – ширина i-го слоя поверху; вi – ширина i-го слоя понизу; hслоя – высота слоя, м;

l захв – длина захватки, м (согласно расчётам).

Определение послойных объёмов земляных работ для возведения насыпи на участках из привозного грунта (поперечный профиль тип 3; тип 4):

Толщина слоев принимается равной 0,3 м. Объём 1-ого слоя V1 = 2,58 · 100 · 1,1 = 283,8 м3.

60