Анализ средств механизации земляных работ, применяемых при прокладке трубопроводов Текст научной статьи по специальности «Механика и машиностроение»

УДК 624.13.001.5

АНАЛИЗ СРЕДСТВ МЕХАНИЗАЦИИ ЗЕМЛЯНЫХ РАБОТ, ПРИМЕНЯЕМЫХ ПРИ ПРОКЛАДКЕ ТРУБОПРОВОДОВ

В.Н. Супонев, директор, НПП «Газтехника»

Аннотация. Приводится аналитическое подтверждение эффективности строительства распределительных трубопроводов методом заглубления ножевым трубо-заглубителем.

Ключевые слова: трубопроводные сети, бестраншейная прокладка, машины активного и пассивного действия, полиэтиленовые трубы.

Введение

В современном мире полиэтиленовые трубы давно и успешно приходят на смену стальным и чугунным трубам при строительстве и реконструкции подземных трубопроводов водоснабжения, канализации, газораспределения и технологических трубопроводов, транспортирующих агрессивные среды. В значительно меньшей степени они получили распространение в Украине и странах СНГ. Однако, в связи с активным освоением отечественной промышленностью за последние годы полиэтиленовых труб, разработкой нормативной базы, обеспечивающей процесс строительства и эксплуатации полиэтиленовых трубопроводов, а также необходимость реконструкции большого объема изношенных трубопроводов [1] - возникает потребность внедрения современных высокоэффективных технологий и соответствующих средств механизации для прокладки в грунте трубопроводных сетей с учетом особенностей качественно нового материала - полиэтилена.

Для распределительных трубопроводов одним из наиболее эффективных методов строительства представляется бестраншейная прокладка с помощью трубозаглубителя (машины, оборудованной ножом, нарезающим в грунте щель, в которую укладывается труба).

Цель и постановка задачи

Для оценки эффективности применения машин для бестраншейной прокладки трубопроводов проведем их сравнение с машинами, используемыми при траншейном и узкотраншейном методах строительства.

В связи с тем, что основные виды строительных работ: рекультивация плодородных почв, рытье траншеи, укладка и засыпка трубопровода - при

бестраншейной прокладке выполняются в комплексе за один прием, то очевидно, что для технико-экономического анализа вариантов потребуется рассматривать весь комплект машин, применяемых при других методах строительства.

Установлено, что ведущим технологическим процессом является разработка траншеи и цель исследований состоит в интенсификации главным образом земляных работ. В связи с этим проведем сравнение ведущих агрегатов для разработки грунта, как средства для решения этой задачи.

Сравнительный анализ средств механизации земляных работ для строительства трубопроводных сетей

Все конструкции землеройных машин для механической разработки грунта и образования траншеи условно можно разделить по способу их воздействия на грунт на машины активного и пассивного действия.

К машинам активного действия относятся землеройные машины, которые отделяют грунт от массива и перемещают его главным образом за счет энергии, реализуемой на рабочем органе, минуя движитель. К этой группе машин можно отнести роторные, фрезерные и цепные, а также одноковшовые экскаваторы.

К машинам пассивного действия относятся землеройные машины, разрабатывающие грунт преимущественно под действием тягового усилия, развиваемого движителем. Эту группу машин составляют машины с рабочими органами плужного, ножевого и кротового типов.

Сравнение и оценку эффективности применения этих групп машин при разработке траншеи под трубопроводы проведем на основе расчета показателей их экономической эффективности. Со-

гласно [2, 3] критериям эффективности землемерной техники являются: обобщенный показатель по энергоемкости и материалоемкости и удельные затраты, приведенные на единицу продукции.

Обобщенный показатель по энергоемкости и материалоемкости определим по формуле

П = N0 1ж ПТ

(1)

где N - общая энергоемкость землеройной машины; О - масса машины; ПТ - техническая производительность.

стью ковша, с канатной и жесткой подвеской рабочего оборудования.

Технико-экономические показатели отобранных для анализа отечественных и зарубежных агрегатов представлены в таблице.

Сопоставление анализируемых групп машин при прокладке трубопроводов различных диаметров проведем при помощи закона подобия. Ориентировочные параметры машин при этом могут быть получены из формул:

о в 3 _^2 .

О~ в, ’

(5)

Удельная себестоимость единицы продукции землеройной машины равны:

Суд .=

См.ч.

Пт

(2)

Здесь См.ч. - стоимость машино-часа работы агрегата. Ориентировочно по данным З.В. Гарбузова [4] может быть рассчитана по формуле

См.ч. = БО + ВN + Зср. п;

(3)

где Б и В коэффициенты, устанавливаемые в зависимости от типа землеройной техники; Зср. -заработная плата обслуживающего персонала; п -количество обслуживающего персонала.

Для землеройных машин с рабочим оборудованием плужно-ножевого типа стоимость машино-часа работы, по данным З.В. Гарбузова может быть рассчитана по формуле

См.ч. = 0,230 + 0,0^ + 0,97п.

(4)

Для серийно выпускаемых машин себестоимость машино-часа может быть установлена по «Правилам определения сметной стоимости эксплуатации строительных машин».

Оценке по принятым показателям были подвергнуты технические параметры промышленно освоенных специальных машин - плужных канало-копателей, ножевых дрено- и кабелеукладчиков, а также экскаваторов всех типов, применяемых при траншейном, узкотраншейном методах строительства трубопроводов (табл.1).

Общим при сравнении машин принято условие укладки трубопровода диаметром до 250 мм в грунт на глубину 1,4 м. Ширина траншеи при траншейном методе, согласно СНиП П-45-80, была принята 0,6-0,8 м.

Выполнение этих условий обеспечивается одноковшовыми экскаваторами 1, 2 и 3-й размерной группы, соответственно 0,15, 0,25 и 0,4 м3 емко-

N

N..

О

о.

(6)

где 0п, Ос - соответственно массы новой и сравниваемой машины; Вп, Вс - диаметры прокладываемых трубопроводов новой и сравниваемой машинами; ^, N. - установленная мощность

двигателей машины.

Так как техническая производительность машин практически не изменяется от диаметров укладываемых труб, то для машин активного действия непрерывной разработки грунта оно ориентировочно может быть принято 0,2 км/час, а для машин пассивного действия 2 км/час.

Подставляя в формулы (1) и (2) значения параметров каждой из анализируемых машин, можно получить характеристики возможных агрегатов, предназначенных для прокладки трубопроводов различных диаметров. Усредненные расчетные показатели их экономической эффективности по группам машин для удобства их сравнения могут быть представлены в виде графика (см. рис. 1).

Рис. 1. Зависимость показателей экономической эффективности от диаметра прокладываемого трубопровода: 1 - машины активного действия; 2 - машины пассивного действия

и

Таблица 1 Технико-экономические показатели машин для выполнения земляных работ при сооружении

распределительных трубопроводов

л

G

G

Ъ

Л

U

CÛ

н

о

«

о

о

и

о

и

CÛ

G

н

ca

H

о

>G

о

о

u

о

G

CÛ

s

о

cê

G

S

G

G

Метод укладки трубопроводов Наименование показателей и Технические показатели Показатели экономической эффективности

единицы измерений. Название машин и фирм, их производящих мощность двигателя N, кВт техническая про-изводи-тельн. Пт, км/ч масса G, т а ш в ком о ^ ко ем ширина траншеи В, м и л е Н Ö cd g en 1—г cd С к о п себестоимость См.ч, грн удельные приведенные затраты Суд., грн

Одноковшовые

экскаваторы:

ЭО-2621А 40 0,055 5,7 0,25 0,6 75400 16,75 304,75

Траншейный Э-304 В 37 0,085 13,4 0,4 0,8 68622 21,2 249,1

ЭО-3322 55 0,1 14,0 0,5 0,8 77000 24,7 246,98

Экскаваторы траншейные

цепные:

ЭТЦ-165 А 40 0,15 6,25 - 0,4 11100 19,77 131,97

ЭТЦ-208В 96 0,20 24,2 - 0,65 58080 31,38 156,88

ЭТЦ-252 80 0,15 18,6 - 0,8 65306 24,91 249,1

ЭТЦ-2011-2 55 0,21 12,2 - 0,5 15215 19,77 94,34

Экскаваторы

Узкотраншей- ный фрезерные и

цепные: ЭТР-134 80 0,30 18,3 - 0,27 16060 31,38 125,61

ЭТР-161 40 0,20 4,55 - 0,27 16060 31,38 125,61

ЭТЦ-2011-1 55 0,25 12,5 - 0,25 11000 19,77 79,5

ТК-2 37 0,05 0,55 - 0,26 8140 7,58 151,58

Плуги:

Траншейный УПТ-1

(ПО «Сургут- 81 1,0 11,5 - - 930 19,08 19,08

нефтегаз»)

МК-13 240 2,0 40,7 - - 2440 45,05 22,53

КМ-1400 160 2,5 31,2 - - 800 38,69 15,9

Комплекты с

плужно-

ножевым рабо-

чим оборудо-

ванием

Плуг на базе

Бестраншейный Д-8 и Д-6

Somervi lle lli-noic Co (США) 338 2,7 46,0 - - 2101 66,78 24,38

Разант МРТ IX

Mehring Anton Gmb H (ФРГ) 308 2,5 28,0 - - 1380 39,22 15,69

«Большой Бэджер» с тя-

гачом «Сайт- 270 2,4 40,0 - - 1875 47,7 19,88

хастлер» (Ве-

ликобритания)

Дреноукладчик МД-12 228 1,0 33,0 - - 7370 48,60 48,60

Сравнивая приведенные данные, можно заключить, что наиболее эффективными средствами для разработки грунта при укладке распределительных трубопроводов являются машины пассивного действия как для траншейного, так и бестраншейного методов прокладки трубопроводов.

Выводы

В сравнении с одноковшовыми экскаваторами удельные приведенные затраты на эксплуатацию машин с плужно-ножевым рабочим оборудованием меньше в 4-8 раз, а с роторным и цепным в 2-5 раз. Сравнение машин для узкотраншейного метода укладки с этими же группами машин также имеет преимущества в 1,3—1,8 раз.

Темп разработки грунта машинами пассивного действия более чем в 10 раз превышает темп разработки траншеи машинами активного действия.

Узкотраншейный метод укладки трубопроводов существенного выигрыша в темпе выполнения земляных работ не дает.

Из рассматриваемых машин пассивного действия наиболее эффективными являются специальные, предназначенные для бестраншейной прокладки ножевым трубозаглубителем, так как после укладки в грунт трубопровода объем земляных работ, связанных с засыпкой траншеи и рекультивацией плодородного слоя грунта сведены к минимуму. Таким образом, решается задача комплексной механизации земляных работ с одновременной укладкой трубопроводов.

Широкие возможности открываются в связи со строительством распределительных водо-, нефте-и газопроводов из полиэтиленовых труб.

В отличие от стальных, они не требуют такого бережного отношения к изоляции, легче и имеют лучшие деформационные свойства без нарушения целостности трубы. Эти и другие свойства трубы позволяют применить оригинальные конструктивные решения для создания машин для бестраншейной прокладки с помощью ножевых рабочих органов.

Литература

1. Удовенко В.Е., Софронова И.П., Гусева Н.В.

Полиэтилен — это просто. — М.: ЗАО «Поли-мергаз», 2003. — 238 с.

2. Домбровский Н.Г., Картешвили Ю.Л., Гальпе-

рин Н.И. Строительные машины. — М.: Высшая школа, 1981. — 336 с.

3. Баловнев В.И. Моделирование процессов взаи-

модействия со средой рабочих органов дорожно-строительных машин. — М.: Высшая школа, 1981. — 335 с.

4. Гарбузов З.Е. Создание, исследование и теоре-

тические основы проектирования каналостроительных машин непрерывного действия: Автореф. дис... д-ра техн. наук. — М., 1981. — 35 с.

Рецензент: Л.В. Назаров, профессор, д.т.н.,

ХНАДУ.

Статья поступила в редакцию 10 марта 2005 г.