Е.В. Михайлова, Е. В. Ахтанин, А. Н. Железниченко, Е. С. Леонтьев, А. А. Ремизова. Национальный исследовательский Московский государственный строительный университет. Инженерный вестник Дона, №1 (2019)
Аннотация: В статье изложены результаты расчетов и подбора комплекта строительных машин для разработки грунта в котловане. В ходе работы был произведен сравнительный анализ и выбор наиболее экономически выгодного варианта. По результатам установлено, что параметры выбранной техники могут не совпадать с рекомендуемыми.
Ключевые слова: комплект машин, технико-экономические показатели, организационно- технологическое решение, эффективность, земляные работы, группы грунта, интенсивность производства работ, технологический цикл, продолжительность производства земляных работ, стоимость производства земляных работ.
В настоящее время для повышения эффективности организации строительного производства остро стоит вопрос об оптимизации процесса подбора машин [1-4]. В ходе строительства подбор комплекта землеройных машин является достаточно сложной задачей по причине разнообразия ключевых критериев, таких как: объем котлована, вид грунта, а также экономическая ситуация на рынке.
Данная работа посвящена подбору оптимального комплекта машин с наиболее выгодной стоимостью аренды и высокой скоростью разработки грунта.
Цель статьи — подобрать комплект машин для ведения земляных работ с учетом объема и особенностей работ, определить технико-эксплуатационные показатели (ТЭП) комплекта и его эффективность. Для достижения поставленной цели решаются следующие задачи:
— сформировать систему исходных данных;
— определить технологические решения;
— установить для каждого технологического решения количественные показатели;
— обосновать критерии выбора наиболее эффективных организационно- технологических решений строительства (продолжительность и стоимость производства земляных работ);
— вычислить количественные значения критериев эффективности;
— выполнить сравнение значений установленных критериев.
В качестве исходных данных используются следующие показатели:
— объем земляных работ, выполняемых механизированным способом (объем V, м3);
— группа грунта по трудности разработки;
— средства механизации для выполнения земляных работ по устройству котлована:
а) экскаваторы (обратная лопата) емкостью ковша v1; v2; v3, м3;
б) автосамосвалы грузоподъемностью q1; q2; q3, т;
— разработка грунта выполняется погрузкой в автосамосвалы, расстояние от места загрузки до места выгрузки грунта устанавливается техническим заданием.
Для формирования всех возможных организационно-технологических решений по устройству котлована необходимо рассмотреть 9 вариантов производства работ:
1а + 1э; 2а + 1э; 3а + 1э;
1а + 2э; 2а + 2э; 3а + 2э;
1а + 3э; 2а + 3э; 3а + 3э,
где а — автосамосвал, э — экскаватор.
Рассмотрим основные показатели, описывающие технологические процессы, составляющие организационно-технологические решения производства земляных работ.
Основным показателем является интенсивность производства работ [5, 6, 7, 8]. К особенности производства земляных работ относится зависимость землеройной техники от трудности разработки грунта. Физико-механические характеристики грунта определяются по приложению 1.1 ГЭСН 81-02-01- 2017 Земляные работы. Принимая это во внимание устанавливаем следующие характеристики грунта:
— плотность (ρ0 );
— коэффициент разрыхления (а).
Величина плотности разрыхленного в процессе разработки грунта вычисляется по формуле:
где ρ0 п-лотность грунта в природном состоянии;
kp — коэффициент для пересчета плотности грунта в разрыхленном состоянии, вычисляется по формуле:
где a — первоначальное разрыхление грунта после разработки.
Для описания работы экскаваторов используются количественные показатели, принимаемые на основании п. 1.1.4 ГЭСН 81-02-01-2017 Земляные работы:
— продолжительность одного технологического цикла (мин.), t;
— объем грунта, перемещаемого за один технологический цикл, vt;
— вес грунта, перемещаемого за один технологический цикл, qt;
— фактическая стоимость аренды экскаватора в смену (руб.).
Продолжительность технологического цикла вычисляется в следующей последовательности:
а) определяется объем грунта в плотном теле, разрабатываемого в единицу времени:
где WP — расчетное (проектное) значение производительности экскаватора (мз в час);
VN — величина единичного объема работ, приведенная в соответствующей таблице ГЭСН 81-02-01-2017 Земляные работы (м3);
WN — время необходимое экскаватору для выполнения работ объемом VN, установленное табл. ГЭСН 01-01-018 (маш.-час);
б) определяется количество технологических циклов, выполняемых экскаватором в час:
где nt — количество технологических циклов, выполняемых экскаватором за один час, шт.; v — заданный объем ковша экскаватора, мз;
в) вычисляется продолжительность технологического цикла экскаватора:
где t – продолжительность одного технологического цикла экскаватора, мин.;
60 – количество минут в одном часе.
Объем грунта, перемещаемый (в том числе загружаемый в автомобиль- самосвал) экскаватором за один технологический цикл, вычисляется с учетом коэффициента разрыхления грунта:
где vt — объем грунта, перемещаемого экскаватором за один технологический цикл, м3.
Вес грунта, перемещаемого за один технологический цикл (в том числе загружаемый в автомобиль-самосвал) вычисляется с учетом расчетного значения плотности в разрыхленном состоянии:
где qt — вес грунта, перемещаемого за один технологический цикл,
Стоимость экскаватора в смену определялась по фактическим цена.
Фактические цены определялись на основе анализа предложений землеройной техники в аренду на рынке города Москвы.
Показатели, описывающие процесс перевозки грунта автомобилями- самосвалами, отражают стоимость работы 1 смены машины, а также операции технологического цикла (продолжительность технологического цикла, ta):
— продолжительность загрузки, tZ, мин.;
— продолжительность пробега (груженого и порожнего автомобиля- самосвала), tP, мин.;
— продолжительность выгрузки грунта автомобилем-самосвалом, tV, мин.;
— стоимость аренды 1 машино-смены автомобиля-самосвала, руб.
Продолжительность загрузки автосамосвала определяется по весу или по объему. При этом загружаемый вес грунта не должен превышать установленный объем кузова, также как загружаемый объем не должен превышать установленную грузоподъемность автомобиля-самосвала. Для того, чтобы определить фактический вес и объем загрузки автомобиля- самосвала, необходимо сравнить:
где qF — фактический вес загрузки автомобиля-самосвала, тонн;
qа и va — соответственно техническая грузоподъемность и объем кузова автомобиля-самосвала в тоннах и м3.
Продолжительность погрузки может быть вычислена при помощи формулы:
где tZ — продолжительность загрузки экскаватора, мин.;
qa/qt — количество ковшей экскаватора, загружаемых в автомобиль-самосвал,
где qa — техническая грузоподъемность автомобиля-самосвала, т;
qt — вес грунта, перемещаемого экскаватором за один технологический цикл, т;
t — продолжительность технологического цикла экскаватора, мин.
Расчетное значение продолжительности загрузки автомобиля- самосвала (или простоя под загрузкой) должно пройти проверку соответствия на требования, установленные Правилами перевозок грузов автомобильным транспортом [9,10]. С этой целью необходимо рассчитать продолжительность загрузки автомобиля-самосвала в соответствии с правилами, приведенными в прил. «Правил перевозок грузов автомобильным транспортом». Для определения нормативного значения продолжительности загрузки используем формулу:
где tZN — нормативная продолжительность загрузки автомобиля- самосвала, установленная «Правилами перевозки грузов автомобильным транспортом», мин.;
3 (мин.) — норматив, установленный для загрузки до 1 тонны включительно сыпучих материалов в автомобили-самосвалы в прил. «Правил перевозки грузов автомобильным транспортом», мин.;
(qa – 1) — норматив продолжительности загрузки автомобилей самосвалов свыше 1 тонны за каждую полную или неполную тонну дополнительно до полной загрузки, мин.
Для вычисления продолжительности движения автомобиля от места загрузки к месту выгрузки и обратно расстояние перевозки грунта удваивают и используют формулу:
где tP — продолжительность движения автомобиля самосвала от места загрузки к месту выгрузки и обратно, мин.;
l — расстояние от места загрузки грунта до места его выгрузки, км.;
qa — паспортная (техническая) грузоподъемность автомобиля-самосвала, т;
tPN — нормативная продолжительность перевозки грунта, мин.
Значение продолжительности выгрузки грунта из автомобиля- самосвала может быть вычислено по формуле:
где tV — продолжительность выгрузки автомобиля самосвала, мин.;
qa — паспортная (техническая) грузоподъемность автомобиля-самосвала, т.
Продолжительность технологического цикла автомобиля — самосвала (ta) представляет собой сумму продолжительности каждой технологической операции (загрузка, перевозка, выгрузка) и может быть вычислен при помощи формулы:
К числу наиболее широко применяемых количественных критериев, в практике организационно-технологического проектирования, относятся продолжительность и стоимость производства строительно-монтажных работ. Применительно к земляным работам вычисление продолжительности производства работ выполняется для ведущей машины – экскаватора. Действительно время необходимое для устройства котлована целиком и полностью зависит от продолжительности работы основной землеройной машины. При этом автомобили-самосвалы относятся к вспомогательным средствам механизации, которые обеспечивают бесперебойную работу основной машины технологического процесса (экскаватора).
Для оценки сформированных организационно-технологических решений необходимо определить:
— продолжительность производства земляных работ по значению продолжительности работы основной(ведущей) машины, Т, смен;
— стоимость работ всех средств механизации, участвующих в выполнении технологических операций, С, руб.
Продолжительность устройства котлована вычисляется по формуле:
где Т – продолжительность устройства котлована объёмом V, смен;
WP — расчетное (проектное) значение производительности экскаватора (мз в час);
8(часов) – продолжительность одной смены, час.
Исходные значения для определения расходов, необходимых для оплаты эксплуатации автосамосвалов представляют собой помимо определения стоимости машино-смены, вычисления количества машин, способных обеспечить бесперебойную работу экскаватора. Такое количество машин определяется по формуле:
Используя данную методику и нормативные документы (СП 45.13330.2017 Земляные сооружения, основания и фундаменты; ГЭСН 81-02- 01-2017 Земляные работы), были произведены расчеты для различных видов грунтов и объемов котлована, основываясь на которых сформирована сводная таблица результатов с указанием наиболее оптимальных комплектов машин (табл. 1).
Результаты исследования позволили определить оптимальные комплекты машин при различных объёмах котлована и видах грунта. На их основе можно сделать следующий вывод. Самым рациональным вариантом в большинстве случаев выступил комплект машин из экскаватора с самым большим объёмом ковша и автосамосвалом большой грузоподъёмности. Это говорит о том, что они быстро выполняют разработку грунта, но и при этом экономически эффективны.
Литература
1. Хмара Л.А., Кононов С.И. Научное сопровождение машин для земельных работ на этапе их выбора //Вісник ПДАБА.2010. №7(148). С.53-63.
2. Хмара Л.А., Кононов С.И. Выбор машин для земляных работ по техническим, экономическим и эксплуатационным параметрам // Вісник ПДАБА. 2009. №6-7 (137). С.5-10.
3. Костюченко В.В. Проектирование комплектов машин при системной организации строительного производства // Инженерный вестник Дона. – 2011, №4. URL: ivdon.ru/magazine/archive/n4y2011/715
4. Ключникова О.В., Цыбульская А.А., Шаповалова А.Г. Основные принципы выбора типа и количества строительных машин для комплексного производства работ // Инженерный вестник Дона. – 2016, №3. URL: ivdon.ru/uploads/article/pdf/R_13_Kluchnikova
5. Кабанов В.Н. Оценка надежности в строительстве // Инженерный вестник Дона, 2018, №2. URL: ivdon.ru/ru/magazine/archive/n2y2018/4879.
6. Кабанов В.Н., Михайлова Е.В. Определение организационно- технологической надежности строительной организации // Экономика строительства. 2012. № 4 (17). С. 67-78.
7. Mikhaylova E. Assessment of organizational and technological reliability of the construction company in the construction of foundations // MATEC Web of Conferences, Vol. 265, 07006 (2019) doi.org/10.1051/matecconf/201926507006
8. Ankrah N. A., Ahadzie D. K. Key challenges of managing building adaptation and retrofit projects. Structural Survey, 2014, Vol. 32 Issue: 5, doi.org/10.1108/SS-10-2014-0035.
9. Венцель Е. С., Севрюгина Н. С. Методы оценки технической безопасности строительных, дорожных и других машин // Вестник ХНАДУ. 2013. №63. С.56-61.
10. Кузьмина Т.К., Ефимов В.В. Выбор оптимальной землеройно- транспортной машины при вертикальной планировке строительной площадки // БСТ: Бюллетень строительной техники. 2018. № 1 (1001). С. 62- 64.