Строительные машины в современном строительном производстве

1. ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ  О СТРОИТЕЛЬНЫХ МАШИНАХ

 

 

1.1 Строительные машины в современном строительном производстве

 

 

Строительство - отрасль материального производства, обеспечивающая получение строительной продукции в результате реализации комплекса производственных  процессов строительно-монтажных работ (СМР), выполняемых непосредственно на строительной площадке. Производственный процесс - совокупность ряда строительных и организационных процессов, реализуемых при выполнении СМР.

Строительные процессы разделяют на подготовительные, транспортные, монтажные, технологические.

Строительно-технологический процесс (СТП)- процесс непосредственного получения строительной продукции или её элементов в результате реализации технологий строительного производства по переработке, монтажу, транспортированию исходных материалов или изделий с помощью систем строительных машин.

Технология строительного производства представляет собой обоснованную совокупность методов выполнения СМР.

Реализация процессов  современного строительства осуществляется с помощью различных совокупностей (систем) строительных машин (СМ) и носит название механизация. Система машин, требуемая для выполнения годовой программы СМР строительной организации, называют парком СМ. Строительные машины (СМ) являются технической  составляющей строительно-технологических процессов(СТП), включающей также строительные материалы, технологии и людей, участвующих в их реализации. Выполнение СТП осуществляется системой СМ в форме их комплектов (комплексов). Комплект (комплекс) СМ – совокупность взаимосвязанных СМ с учетом резервной техники, согласованная по видам реализуемых технологических (рабочих) операций, их интенсивности (производительности) и ряду других характеристик, обеспечивающих возможность  комплексного выполнения конкретного СТП. В составе комплекта выделяют ведущую СМ во многих случаях определяющую его производительность.

Комплектами  СМ выполняются  как основные операции СТП (технологические и транспортные) так и большинство вспомогательных. При этом обеспечивается их высокая производительность и качество. Уровень механизации таких СТП называют комплексно-механизированным. Люди, участвующие в их выполнении в основном являются операторами СМ.

Ряд СТП, выстроенных  по строговыверенным пооперационным технологиям, выполняются автоматизированными комплектами СМ, с участием лишь одного оператора. Степень автоматизации каждой машины такова, что требует лишь контроля и эпизодического участия со стороны оператора. Примерами таких СТП являются: устройство выработок и тоннелей проходческими комплексами оборудования; возведения дорожного полотна с помощью катков и асфальтоукладчиков; образование земляного полотна при строительстве плотин и дамб бульдозерами и уплотняющей техникой и другие.

Между составляющими СТП существует тесная взаимосвязь (взаимозависимость), при которой изменение одной приводит к изменению других. Так, появление новых строительных материалов приводит к изменению технологии, а это, в свою очередь,- к применению новых конструкций СМ. Разработка новых машин (пробойников и раскатчиков грунта, буровых станков направленного бурения) и внедрение в производство пластмассовых труб привело к созданию новых бестраншейных технологий их укладки. Т.о. СМ является высокопроизводительной технической составляющей СТП, конструкция и степень автоматизации которой находится в тесной взаимосвязи с его другими составляющими.

Доставка СМ на объекты строительства в общем случае осуществляется автомобильным, железнодорожным, а в ряде случаев авиа и плавтранспортом. При этом используемые схемы установки и крепления машин обеспечивают надежность доставки.

Самоходные СМ, выполненные  на автомобильном шасси или специальных  шасси автомобильного типа, самостоятельно прибывают к местам эксплуатации в радиусе нескольких сот километров.

Передвижные машины на пневмоколесном ходу могут доставляться на объекты эксплуатации с использованием буксира на расстояние до 100 км.  Скорость транспортировки и вид используемой сцепки определяются системой тормозов и подрессоривания машин.

Самоходные машины с гусеничной ходовой частью могут перемещаться своим ходом в пределах ограниченных расстояний до 10 ÷30 км в зависимости от вида машин. При этом необходимо тщательно следить  за техническим состоянием гусеничного хода, периодически смазывая его.

Доставка габаритной техники проводится отдельными модулями и требует проведения монтажно-демонтажных работ в соответствии с положениями эксплуатационной документации. После доставки сохранность СМ обеспечивается комплексом мероприятий, объем и характер которых зависит от предполагаемой длительности хранения.

СМР оценивают по степени  их механизации и использовании  в них рабочих по следующим  показателям:

• степени комплексной механизации, в процентах, представляющей отношение объема работ в денежном исчислении, выполненных механизированным способом к их общему объему;
• механовооруженности строительства, в процентах, представляющей отношение стоимости парка СМ к годовому объему СМР;
• механовооруженности труда, определяющей в денежном исчислении стоимость парка СМ на одного рабочего, занятого в строительстве;
• энерговооруженностью труда, определяющей мощность, кВ, парка СМ на одного рабочего, занятого в строительстве, (кВт/чел).

 

1.2 Производительность строительных  машин

 

Производительностью машины называют количество продукции, произведенное ею в единицу времени при выполнении рабочего процесса.

 

Различают три категории производительности: конструктивную (теоретическую), техническую и эксплуатационную. Конструктивная (теоретическая) производительность используется на стадиях создания машины и является отражением ее технических возможностей применительно к расчетным режимам и условиям работы. Ее рассчитывают за час непрерывной работы с учетом характера рабочего процесса, реализуемого СМ.

Для СМ цикличного действия, обеспечивающих порционную за цикл продолжительностью Т_ц, с выработку продукции Q, м, м², м³, т, шт, она определяется по формуле:

П_к = 3600 Q/Т_ц = 60Q п_ц                                          (1.1)

где п_ц – число циклов в минуту.

Для СМ непрерывного действия при непрерывно-выдаваемом потоке продукции со скоростью V, м/с с погонным значением количества продукции на 1 метр потока q, - по формуле

П_к = 3600 q V.                                     (1.2)

Для СМ непрерывного действия при пошаговой S, м выдачи продукции с числом разгрузок в минуту: п_ц = V/S, по формуле (1.1)

Техническая производительность – максимально возможная производительность, реализуемая машиной в производственных условиях, обычно так же за час непрерывной работы.

Отличие этих условий от расчетных  является причиной корректировки скоростных режимов работы, обусловленных отклонением реальных характеристик среды обработки от принимаемых на стадии конструирования и необходимостью в отдельных технологических перерывах в работе.

Учет этих условий в общем  случае определяется коэффициентом технологичности

К_т = П_т/П_к                                                         (1.3)

Техническая производительность входит в число основных показателей (параметров) СМ, и для многих машин  непрерывного действия является главным.

Категория эксплуатационной производительности не является показателем только СМ, в виду того, что кроме технических возможностей машины она отражает степень организации и производства работ на строительном объекте. Учет этих факторов реализуют коэффициентами использования машины по времени (К_в), отражающим в совокупности степень надежности машины и организацию работ при ее эксплуатации и коэффициентом управления(К_у), отражающим степень квалификации оператора по управлению машиной (К_у). Расчет эксплуатационной производительности (П_э) проводят для различной продолжительности эксплуатации: за час, смену, месяц, год.

Связь между эксплуатационной и  технической производительностями выражается так:

 П_э = П_тК_уК_в                                                           (1.4)

Эксплуатационная производительность используется для определения потребности  строительных организаций в СМ, определения их эффективности, взаиморасчетов с заказчиком.

Величина обратная производительности представляет собой затраты времени, необходимые для получения единицы продукции. Этот показатель также используют при анализе рабочих процессов.

 

1.3 Структурно-функциональное  устройство

 

Строительная  машина (СМ) – устройство целенаправленного преобразования энергии первичной силовой установки и информации в необходимое движение рабочего органа с целью замены физического и умственного труда оператора при выполнении рабочих процессов в строительстве.

Рабочий процесс –  процесс реализации операций, определяемых назначением СМ, осуществляемых путем целенаправленного взаимодействия её рабочего органа с объектом обработки (воздействия). В зависимости от вида реализуемых операций транспортные, технологические: копание, бурение, дробление, и другие, все СМ разделены на две соответствующие группы.

В первой группе машины (транспорт, грузоподъемные машины и машины непрерывного транспорта) рабочий процесс состоит в перемещении грузов без их внутреннего преобразования.

Вторая группа – группа  машин технологического назначения, связанная в первую очередь с внутренним преобразованием объекта воздействия (среды обработки), при котором он может менять форму и свойства.

В состав рабочего(технологического) процесса могут входить одна или  несколько операций. В последнем  случае среди них может быть выделена главная, определяющая в первую очередь форму, размеры рабочего органа и характер его движения и взаимодействия с обрабатываемым объектом. Машины этой группы могут реализовывать и транспортные операции в ограниченных пределах.

Последовательно рассмотрим СМ с позиций структурно-функциональной и конструктивной (поузловой), введя необходимые определения её составных структур и частей.

Структурной схемой называют схему, определяющую основные части структуры системы и их взаимодействие. Она используется на стадии общего представления об изучаемой системе.

Функциональной  схемой называют схему, отражающую функциональные связи между основными частями системы с уточнением состава их устройств, месторасположения, характера взаимодействия с описанием его соответствующими математическими  зависимостями.

В том случае, когда  на структурных схемах имеется дополнительная информация (простейшая), присущая функциональным схемам, их называют структурно-функциональными.

Рассмотрим энергосиловую  систему « источник питания - СМ - объект обработки», представив её соответствующей структурно-функциональной схемой (рис.1.1).

В соответствии с определением СМ ее  начальной составляющей является первичный двигатель (или их группа), формирующий энергопоток механической формы, который распределяется, преобразуется и целенаправленно передаётся трансмиссией рабочему органу и движителям, входящим в состав, соответственно, рабочего и ходового оборудования. Управление сформированным энергопотоком и его передача обеспечивается системой управления и трансмиссией. Передача энергопотока на рис.1.1 указана стрелками.

Комплекс структур в  составе двигателя, трансмиссии  и системы управления называют приводом машины. Привод является основной структурой любой машины, обеспечивающей требуемый закон и режим движения ее исполнительных органов (рабочего органа и движителей).

Рис 1.1. Структурная схема СМ:

силовая установка, 2 - трансмиссия (система передач), 3 - система управления, 4 - ходовая часть, 5 - металлоконструкции рабочего оборудования, 6 - шасси (рама, остов),

. Рабочее оборудование  включает в себя подструктуру 5 и исполнительные устройства  привода в виде гидродвигателей или системы лебедок с тяговыми органами обеспечивающих движение металлоконструкций манипулятора и рабочего органа.

Ходовое оборудование включает ходовую часть с приводом хода

 

Двигатель – энергетическая машина, преобразующая энергию источника в механическую работу.  Это классическое определение в настоящее время претерпело определенные изменения в связи с тем, что помимо отмеченного основного назначения современные двигатели кроме энергетических выполняют еще и информационные функции. Это позволяет говорить  о них как о приводе в малом, без учета трансмиссии СМ. (рис. 1.2)

Двигатель, как непосредственный преобразователь электрической энергии источника питания в механическую (обозначен Д), представляет силовую часть привода.

Система управления (СУ) – является информационной частью привода. Она  генерирует сигнал в соответствии с  реализуемыми алгоритмами управления и результатами анализа информации, поступающей с датчиков управляемых параметров, и задающего устройства. Конструкции управляющих устройств различны и определяются степенью сложности процесса управления.