Сопровождение выбора скреперов с учетом рационального маршрута движения Текст научной статьи по специальности «Строительство и архитектура»

УДК 69-5.624.1

СОПРОВОЖДЕНИЕ ВЫБОРА СКРЕПЕРОВ С УЧЕТОМ РАЦИОНАЛЬНОГО

МАРШРУТА ДВИЖЕНИЯ

Л. А. Хмара, д. т. н., проф., С. И. Кононов, к. т. н.* * Запорожский строительный колледж

Ключевые слова: сопровождение выбора скрепера, инжиниринг, маршрут движения, производительность

Постановка проблемы. В настоящее время актуальным является вопрос выбора эффективной технологии и организации производства земляных работ скрепером, с учетом: использования конструктивных особенностей земляного сооружения, выбора маршрута перемещаемого груза и эффективного выбора скрепера или парка скреперов. Все эти требования должны обеспечить выполнение заданного объема работ за отведенный промежуток времени с минимальными финансовыми затратами.

Цель исследования. Повысить эффективность строительства при ведении земляных работ за счет рационального маршрута движения парка скреперов.

Основной материал. В мировой практике принято привлекать к строительному процессу инжиниринговые компании. Участие специалистов данного профиля в сопровождении строительства, ремонта, реконструкции или возведении объекта «с нуля» направлено на защиту прав заказчика, важнейшим из которых считается получение желаемого качества строительных работ при рациональном использовании вложенных в них средств.

Главной задачей инжиниринга - научно-технологического сопровождения - является обеспечение решения организационно технологических проблем с минимальным риском ошибок, связанных с проектированием и выполнением комплекса земляных работ с помощью скреперов.

Комплекс инжиниринговых услуг включает в себя множество аспектов: консультационный инжиниринг (проектирование объектов, разработка проектно-сметной документации, разработка планов строительства, контроль проведения работ); технический инжиниринг (предоставление заказчику необходимых для строительства объекта технологий); строительный инжиниринг (все работы по строительству различных объектов, в том числе поставка и монтаж технического оборудования, сдача объекта в эксплуатацию и так далее). Необходимо признать, что к сожалению, заказчик вспоминает об инжиниринге только тогда, когда сталкивается с откровенным строительным или проектным браком [11]. Поэтому главной задачей строительного инжиниринга является контроль над соблюдением технологий выполнения работ, требований нормативных документов, сроков начала и окончания строительства, соответствием стоимости строительства по утвержденной в установленном порядке проектно-сметной документации.

В условиях рыночных отношений становится очевидно, что без грамотного научно-технологического сопровождения выбора технологии и организации для выполнения земляных работ [9; 10], повышения объемов производства, эффективного применения используемого парка машин, а иногда и удержания своих позиций на рынке, невозможно. В связи с этим особое внимание уделяется разработке проекта организации строительства (ПОС) и проекта производства работ (ППР) в соответствии с конструктивными, организационно-технологическими условиями [3; 7] и объёмно-планировочным решением применительно к условиям каждого разрабатываемого объекта [2; 6].

В своей работе мы предлагаем производить воздушную цифровую съемку объекта, с дальнейшей обработкой полученной информации, представив её в формализованном виде с учетом широкого спектра инженерно-геодезических работ с привязкой к заданному объекту. Для этих целей на первом этапе необходимо подобрать оптимальный маршрут передвижения скрепера или парка скреперов, с учетом выполнения широкого спектра инженерно-геодезических, картографических, земельно-кадастровых работ, и комплект машин, который позволил бы эффективно осуществить поставленные задачи с минимальной стоимостью выполняемых работ. Для этих целей производят топографо-геодезические работы на открытой местности в условиях городской застройки, с помощью воздушной съемки выполняют крупномасштабные топографические съемки (1 : 500 - 1 : 5000) местности или же наземными методами современными электронными приборами (триангуляция, трилатарация,

полигонометрия, геометрическое нивелирование). Измерения и закладка геодезических пунктов производятся с помощью высокоточного геодезического оборудования и строительной техники в соответствии с инструкциями и нормативами.

На основании результатов топографических съемок создается топографический план местности - картографическое изображение элементов ситуации и рельефа местности, ее планировки, существующих зданий и сооружений с техническими характеристиками. Данные результаты цифровой съемки проходят камеральную обработку данных - происходит это с помощью современного программного обеспечения. Использование полевого кодирования объектов съемки существенно минимизирует временные затраты на последующую камеральную обработку. Обработку цифровой информации можно производить, используя как узкоспециальные программы, так и программы визуализации данных (Geosoft, Surfer и др.), а выполнение камеральных и тематических работ - с использованием программного пакета Micromine (Майкромайн).

Кроме названых программ очень эффективным является использование GPS навигации, которая позволяет определять наиболее оптимальный маршрут перемещения скрепера (рис. 1).

Маршрут 1

1

Рис. 1. Выбор рационального маршрута перемещения скрепера: 1 - место набора грунта скрепером; 2 - место выгрузки грунта скрепером; 3 - наиболее оптимальный маршрут перемещения скрепера; 4 - городская застройка

Маршрут движения для каждого случая следует выбирать с учетом местных условий так, чтобы пути движения были наименьшими [14]. Разработанная модель методом сравнения и перебора полученных значений выбирать наиболее эффективный парк машин. Модель даёт более точный, усовершенствованный подход при выборе парка машин, учитывая следующие показатели: конструктивные особенности земляного сооружения; расстояния, на которое перемещается грунт; климатические, геологические условия (рельеф местности, физико-механические свойства грунта и его состояние); сосредоточенность; производительность; продолжительность выполнения работ; объем работ; эффективность рабочего органа, уровень сложности производства земляных работ.

Разработанная модель позволяет осуществлять выбор как одного, так и парка скреперов методом перебора полученных результатов по ряду показателей, наиболее отвечающих условию: П ^ max, G ^ min, N ^ min, Gyd ^ min, Nyd ^ min, nNG ^ min, Суд ^ min, ЛС ^ min. Определяем эксплуатационную производительность парка скреперов по формуле, записанной в таблице 1, алгоритм сопровождения выбора скрепера с учетом технологии и организации строительного производства, при выполнении земляных работ - см. рисунок 2. Полученные показатели суммируем в пределах заданного парка. Представленные данные в формализованном виде вводятся в разработанный программный продукт (рис. 3 - 10).

а ^

s

ч

а

о к

о а

2 ад

у

о

а ^

Л t

где V - геометрическая вместимость ковша скрепера, м ; Тц - время цикла, с; ин, игр, ир, их.х -соответствующие скорости движения, км/ч; ^пов - время одного поворота за цикл, с; п1 - число поворотов за цикл; к - максимальная глубина резания, м; Ь - ширина резания, м; в - средняя толщина слоя отсыпки, м; а - ширина полосы резания, м; Кн - коэффициент наполнения ковша; Кв -коэффициент использования скрепера по времени; Кс - коэффициент использования скрепера в зависимости от времени года; КР - коэффициент разрыхления грунта; Кэ - коэффициент, учитывающий эффективность комбинированных методов интенсификации воздействия на грунт; пмч - количество машино-часов; Сэк - стоимость эксплуатации 1 машино-часа, грн.

Рис. 2. Алгоритм сопровождения выбора скрепера с учетом технологии и организации строительного производства при выполнении земляных работ

0 - объем работ, мЗ | 12000

Тр - время работ, ч | 170

Дальность перемещения грунта,м 800

Грунты I У

Растительный грунт

Коэффициент разрыхления грунта 1,30

Плотность грунта, кг/мЗ 1500

Тип грунта 1 1

Назад | Очистить Применить |

<D

Рис. 3. Главный интерфейс программы: 1 - кнопка ввода исходных данных

Рис. 4. Ввод данных по объекту: 3 - числовые значения по выбранному объекту

*1

Ввод данных для:

Коэффициенты

*I

Коэффициенты

Кб- использование скрепера по времени 0..80Ц

Кн- коэффициент наполнения 1,00_J

Кс-использование скрепера в зависимости от р времени года 1

п - количество поворотов | 12

1п- время на переключение передач, с 8

Стоимость эксплуатации 1 маш.-часа. грн 147,00

_ Коэффициенты машин Бульдозер |

Рис. 5. Выбор ведущей машины: 2 - выбор скрепера

Рис. 6. Технические характеристики и коэффициенты: 4 - числовые значения по коэффициентам и техническим параметрам скрепера

Рис. 7. Интерфейс выбора скреперов с технической характеристикой: 5 - база данных по выбранным скреперам; 6 - кнопка редактирования; 7 - список выбранных скреперов; 8 - созданные парки скреперов; 9 - кнопки управления программой; 10 - значение коэффициента эффективности комбинированных методов интенсификации воздействия на грунт; 11 - техническая

характеристика скрепера

Рис. 8. Редактирование и добавление в базу данных машин: 12 - база данных по скреперам; 13 - техническая информация по выбранной машине; 14 - кнопки управления

Рис. расчета выбранного кнопки

9.

Интерфейс параметров парка: 15 -обработки

информации для

построения гистограмм; 16 - результаты расчета выбранных машин

Сравнение парков скреперов

Название парка

Парк №2 Парк №3 Парк №4

Машины вводящие в парк

ДЗ-11

дз-11

ДЗ-11 ДЗ-11

127,27

20,11

2417,87

Суммарный показатель параметров парка П

Ида 13 уа ПИй

Мощность Стоимость 1мЗ Стоимость эксплуатации

12315,00

632,00

17,03

204323,10

©

Название парка

Парк № 1 Парк № 2 Парк № 3

631Е серия II Ё31Е серия || Д3-13 Д3-13

Суммарный показатель параметров парка

Машины входящие в парк

п 171.78

Ида 29,49

Б уд 3547.36

ПШЗ 26718.40

Мощность 1258.00

Стоимость 1 мЗ 21.88

Стоимость эксплуатации 262574.20

Рис. 10. Интерфейс сравнения параметров выбранных парков скреперов: 17 - название парка; 18 - машины, входящие в парк; 19 - суммарный показатель параметров парков скреперов; 20 - эффективное цветовое выделение параметров парка; 21 - техническая

характеристика выбранного парка

Рассмотрим научное сопровождение парков скреперов на этапе их выбора, основываясь на показателях: Оуд, Ыуд, Суд, ЕС, дополненных исходными данными - фактом

продолжительности выполнения работ - Тр, объемом работ - Q, эффективным маршрутом перемещения грунта - Ь, конструктивными особенностями земляного сооружения, представленного в формализованном виде через геометрические параметры для идентификации под технические характеристики парка машин.

Исходные данные по объекту предоставлены заказчиком. Движение скреперов

осуществляется с учетом местных условий и выбранного маршрута, который бы обеспечивал наименьшие пути движения парка скреперов [1]. Исходные данные по паркам скреперов -рисунки 4, 6, 7, таблица 2.

Таблица 2

Исходные данные по имеющимся паркам скреперов [4; 12; 13].

№ Модель Мощность, К, кВт Общая масса, О, кг Модернизация рабочего органа Кэ Вмести мость ковша, 3 м ь, м ь, м Ун, км/ч Угр, км/ч

Парк № 1

1 ДЗ-11 158 19 000 Базовый рабочий орган 1,00 9,00 0,50 2,72 6,00 14,00

2 ДЗ-11 158 19 000 ДНСК + элеватор 1,20 9,00 0,50 2,72 6,00 14,00

3 ДЗ-11 158 19 000 ДНСК + наклон боковых стенок 1,30 9,00 0,50 2,72 6,00 14,00

4 ДЗ-11 158 19 000 ВСН + газовоздушная смазка 1,32 9,00 0,50 2,72 6,00 14,00

Парк № 2

1 ДЗ-32 158 22 000 Базовый рабочий орган 1,00 10,00 0,50 2,90 6,00 14,00

2 ДЗ-32 158 22 000 ДНСК + элеватор 1,20 10,00 0,50 2,90 6,00 14,00

3 627Б 246 37 060 ДНСК + элеватор 1,20 10,70 0,33 3,02 4,00 15,00

4 627Б 246 37 060 Базовый рабочий орган 1,00 10,70 0,33 3,02 4,00 15,00

Парк № 3

1 621Б 246 32 090 Базовый рабочий орган 1,00 10,70 0,52 3,02 5,00 14,00

2 621Б 246 32090 ДНСК + элеватор 1,20 10,70 0,52 3,02 5,00 14,00

3 627Б 246 37 060 Базовый рабочий орган 1,00 10,70 0,33 3,02 4,00 15,00

4 627Б 246 37 060 ДНСК + элеватор 1,20 10,70 0,33 3,02 4,00 15,00

Парк № 4

1 631Е серия II 365 44 210,00 Базовый рабочий орган 1,00 16,10 0,48 3,51 5,00 12,00

2 6 31Е серия II 365 44 210,00 ДНСК + наклон боковых стенок 1,30 16,10 0,48 3,51 5,00 12,00

3 ДЗ-13 264 31 500,00 Базовый рабочий орган 1,00 15,00 0,5 2,85 5,00 12,50

4 ДЗ-13 264 31 500,00 ДНСК + элеватор 1,20 15,00 0,5 2,85 5,00 12,50

Таблица 3

Коэффициент, учитывающий эффективность комбинированных методов интенсификации

воздействия на грунт

№ п/ п Конструкция рабочего органа скрепера Значение коэффициента, Кэ

1 Базовый рабочий орган 1,00

2 Скрепер с ВСН + газовоздушная смазка 1,3 - 1,34

3 Скрепер с ДНСК + наклон боковых стенок 1,3

4 Скрепер с ДНСК + элеватор 1,15 - 1,25

5 Скрепер с ДНСК + газовоздушная смазка 1,25 - 1,28

6 Скрепер с ДНСК 1,092 - 1,218

7 Ковш скрепера с ВСН 1,2 - 1,25

Примечание: ДНСК - двухножевая система копания; ВСН - выступающий средний нож [1; 2].

Из данной таблицы видно влияние коэффициента Кэ на производительность, удельный показатель энергоёмкости и материалоемкости, а также обобщенный показатель материалоемкости и энергоемкости.

Результаты сравнительного анализа рассматриваемых парков скреперов заносим в таблицу 4. Проведенные исследования и анализ рассматриваемых парков позволяют утверждать, что сопровождение на этапе выбора эффективного парка целесообразно осуществлять по многокритериальной оценке, методом перебора полученных значений материалоемкости, энергоемкости, обобщенного показателя материалоемкости и энергоемкости, суммарной стоимости выполнения работ, стоимости 1 м3, дополненных конструктивными особенностями земляного сооружения, представленного в формализованном виде через геометрические параметры для идентификации под технические характеристики парка машин.

Полученные результаты расчетов мы занесли в таблицу 4. Так, из четырех выбранных парков скреперов наиболее эффективным по стоимостным показателям является парк № 1. Экономия от суммарной стоимости при выборе данного парка скреперов составляет от 24 504,9 до 58 251,1 грн.

Таблица 4

Выбор эффективного парка скреперов

№ Модель Модернизация рабочего органа Кэ Gуд, кг ч м3 Нуд, кВт ч м3 Пыо, кг кВт К В П, м /ч 3 им ом т1 сь еь ю £ гЧ ° См ¿С, грн

Парк № 1

1 ДЗ-11 Базовый рабочий орган 1,00 2 417,87 20,11 12 315 127,27 17,03 20 4323,1

2 ДЗ-11 ДНСК + элеватор 1,20

3 ДЗ-11 ДНСК + наклон боковых стенок 1,30

4 ДЗ-11 ВСН + газовоздушная смазка 1,32

Парк № 2

1 ДЗ-32 Базовый рабочий орган 1,00 3 695,93 25,24 25 328,4 130,64 19,07 228 828,0

2 ДЗ-32 ДНСК + элеватор 1,20

3 627Б ДНСК + элеватор 1,20

4 627Б Базовый рабочий орган 1,00

Продолжение таблицы 4

Парк № 3

1 621F Базовый рабочий орган 1,00 ск 0\

2 621F ДНСК + элеватор 1,20 <N Oy 0 in СП3 4 ,6 lO ЧО

3 627F Базовый рабочий орган 1,00 00 •t m m 41 <N 0, 2

4 627F ДНСК + элеватор 1,20 <N

Парк № 4

1 631E серия II Базовый рабочий орган 1,00 ЧО <N

2 631E серия II ДНСК + наклон боковых стенок 1,30 7, 3 29,49 00 чо 2 171,78 21,88 7 5 <N 6 <N

3 ДЗ-13 Базовый рабочий орган 1,00

4 ДЗ-13 ДНСК + элеватор 1,20

Разработанные математическая модель и алгоритм решения позволяют эффективно подобрать комплект скреперов с учетом эффективности комбинированных методов интенсификации воздействия на грунт под заданный объём работ в ограниченный промежуток времени с учетом технических и эксплуатационных параметров объекта. Это показала эффективность выбора парка машин методом перебора полученных результатов из имеющихся в наличии свободных машин и выбора эффективного парка, используя компьютерное моделирование возможных ситуаций и их дальнейший анализ.

В таблице 5 приведен выбор эффективной машины или парка машин по многокритериальной оценке, методом перебора полученных результатов для выполнения заданного технологического процесса с максимальной экономией материальных и энергетических ресурсов, состоящих из п-го количества машин, которые могут иметь i-е количество модернизаций как машины, так и её рабочего органа соблюдением условия: Gyd эф=

Gyömim Nydэф Nydmin ; Судэф Cyömin>nNG эф nNGmin; ЕС эф ЕС min.

Таблица 5

Выбор эффективной машины с максимальной экономией материальных

и энергетических ресурсов

о н е м и а

Я

Модернизация машины или рабочего органа

Номер машины

2

3

G

к

Ny к

С к

NG

П

к

т о

боа р

х ы н я

л м е з

я

л д

ы н и

ш а

1

G

'уд1.1,

G

'уд1.2,

G

'уд1.3,

Nyд1.1,

Суд1.1, nNG1.1

ЕС и

Nд1.2,

Суд1.2, nNG12,

ЕС 1.2

Nyöi.3.

Суд1.3, nNG1.3

ЕС1.3

G

уд2.1,

G

уд2.2,

G

уд2.3,

Nд2.1,

Суд2.1, nNG2.1

ЕС 2.1

Nд2.2,

Суд2.2, nNG2.2

ЕС 2.2

Nд2.3, Суд2.3, nNG2.3

ЕС 2.3

G

уд i.1,

G

уд i.2,

G

уд i.3,

Nд г.1,

Суд i. 1, nNG i.1

ЕС и

Nд i.2,

Суд i.2,

nNG i.2,

ЕС i.2

Nд г.3, Суд i.3, nNG i.3,

ЕС г.з

G

'уд 1.п,

Nyд 1. п, С

уд 1. п, nNG1. п, Е С1. п

G

уд2. п,

-^уд2. п Суд2. п, nNG2. п ЕС 2. п

G

уд i. п,

N

уд i. п, С

уд i. п, nNG i. п ЕС i. п

G

ф

ф

С

1

п

2

Исходя из этого, осуществляем подбор комплекта машин.

Вывод. Проведенные исследования и анализ позволяют утверждать, что эффективное сопровождение машин для выполнения земляных работ целесообразно осуществлять по многокритериальной оценке методом перебора полученных результатов материалоемкости, энергоемкости, обобщенного показателя материалоемкости и энергоемкости, дополненных конструктивными особенностями земляного сооружения, представленного в формализованном виде через геометрические параметры для идентификации под технические характеристики машин для земляных работ. Разработанная методика дает более эффективный выбор парка скреперов за счет того, что учитываются: производительность, модернизация рабочего органа, эффективный маршрут движения парка скреперов, рельеф местности, физико-механические свойства грунта и его состояние.

ИСПОЛЬЗОВАННАЯ ЛИТЕРАТУРА

1. Баловнев В. И. Интенсификация земляных работ в дорожном строительстве / В. И. Баловнев, Л. А. Хмара. - М. : Транспорт, 1983. - 184 с.

2. Баловнев В. И. Повышение производительности машин для земляных работ / В. И. Баловнев, Л. А. Хмара. - К. : Бущвельник, 1988. - 152 с.

3. Белоконь А. И. Выбор и обоснование строительных машин для реконструкции /

A. И. Белоконь. - Д. : ПГАСА, 1997. - 60 с.

4. Канторер С. Е. Методы обоснования эффективности применения машин в строительстве / С. Е. Канторер. - М. : 2-е издание, переработанное и дополненное, 1969. -295 с.

5. Канюка Н. С. Комплексная механизация трудоемкости работ в строительстве / Н. С. Канюка , А. В. Резуник, А. А. Новацкий. - К. : Бущвельник, 1977. - 256 с.

6. Кудрявцев Е. М. Комплексная механизация, автоматизация и механовооруженность строительства / Е. М. Кудрявцев - М. : - Стройиздат, 1989. - 246 с.

7. Тян Р. Б. Управлшня проектами: Навч. Поабник / Р. Б. Тян, Б. И. Холод,

B. А. Ткаченко. - Дшпропетр. акад. управл. бiзнесу та права, 2000. - 224 с.

8. Хмара Л. А. Выбор строительных машин из имеющегося парка (на примере скрепера) / Л. А. Хмара, С. И. Кононов // Прнич^ бущвельш, дорожш та мелюративш машини. - К. : КНУБА, 2009. - № 74. - С. 46 - 52.

9. Хмара Л. А. Сопровождение строительных машин на этапе их выбора из имеющегося парка (на примере экскаватора) / Л. А. Хмара, С. И. Кононов // Бущвництво Украши. - 2010. -№ 2. - С. 41 - 45.

10. Хмара Л. А. Сопровождение машин для земляных работ на этапе их выбора применительно к организации строительного производства / Л. А. Хмара, С. И. Кононов // Интерстроймех-2010. Мат. междунар. науч.-техн. конф. - Т. 2. - Белгород, 2010. - № 2. -

C.185 - 204.

11. Хмара Л. А. Методические рекомендации по инжинирингу организации технологических проектов производства земляных работ в строительстве / Л. А. Хмара, С. И. Кононов, П. Е. Уваров // Глав. ин. пробл. реконструкции, эксплуатации и инженерной защиты промышленных, жилых и гражданских объектов Академпромжилреконструкции Академии строительства Украины. - Луганск, 2010. - 36 с.

12. Холодов А. М. Землеройно-транспортные машины / А. М. Холодов, В. В. Ничке, Л. В. Назаров. - Харьков : Вища школа, 1982. - 192 с.

13. Caterpillar Эксплуатационные характеристики. Справочник. Издание 30, CAT ® Caterpillar Inc., Пеория, Иллинойс, США, 1999. - 620с.

14. Машини для земляних робгг / Л. А. Хмара, С. В. Кравець, В. В. Кчке, Л. В. Назаров та ш. // За ред. Л. А. Хмари та С. В. Кравця. - Рiвне - Дшпропетровськ - Харюв. - 2010. - 557 с.

15. Программа Copyright НПФ «АВК Созидатель» АВК-5 (5-2.8.0) Ресурсная стоимостная документация в инвесторских сметах, договорных ценах контрактов, производстве строительных работ. 1994 - 2008.