Строительные машины в современном строительном производстве

 

1.8. Основы комплексной механизации

 

Основной задачей механизации  и автоматизации строительно-технологических процессов (СТП), является эффективное использование в них комплектов и комплексов строительных машин. Методы эффективного комплектования средствами механизации СТП (и в целом строительных объектов) реализуются на базе основных положений прикладной науки, называемой комплексной механизацией. Термин эффективное комплектование является обобщенным, включающим определение состава комплектов и расстановки в них СМ, распределения их по объектам, определения значений параметров, режимов работы СМ, получаемых на базе тех или иных критериев эффективности. Используя принципы системного подхода, рассмотрим систему СТП в виде информационной модели. Познакомимся с ее характеристиками и критериями эффективного формирования и функционирования: оптимальными,  учитывающими  технико-экономические характеристики и рациональными, учитывающими только технические характеристики.

Экономические затраты  на реализацию СТП складываются из капитальных затрат на приобретение или аренду средств механизации К, руб. и текущих эксплуатационных расходов (себестоимости механизированных работ) Со, руб. Эти затраты формируют величину общих приведенных затрат Y, обычно за год эксплуатации:

Y= Со +Е_н KT_o\T_r ,                    (1.13)

где Е_н - нормативный коэффициент эффективности капитальных вложений;

T_o – время работы комплекса машин на объекте;

Т_г- время работы комплекса машин в течение года.

На рис.1.8 представлена информационная модель реализации отвлеченного СТП. В ней комплекс СМ представлен прямоугольником, в котором отражены его технические показатели.

 

 

Рис 1.8. Информационная модель СТП

Реализация СТП происходит за счет финансовых вложений - общих приведенных затрат. Они представлены в виде стрелки, характеризующей входное воздействие на комплекс СМ. В результате обеспечивается выработка готовой продукции Q_S - выход системы.

Технические показатели комплекса СМ:

- их количество n_m,шт, и численность обслуживающих их рабочих n_p, чел.;

- суммарная мощность  всех первичных силовых установок  N_S, кВт;

- суммарные расходы  энергоносителя всех первичных силовых установок G_L, л расходуемого топлива или кВт-ч;

- общая суммарная масса  всех машин комплекса M_S, т;

- схема расстановки  (соединения) машин комплекса (последовательная; параллельная; комби) и характер выдачи готовой продукции Q_S (цикличный, непрерывный);

- характеристики надежности  комплекса; 

- производительность  комплекса, характеризуемая интенсивностью  выдаваемой продукции в единицу  времени П=Q_S/Т_о·

Поясним подробнее два  последних показателя и принцип  их формирования.

Надежность комплекса  определяется через обобщенные показатели надежности каждой машины с учетом схемы расстановки машин.

Значения соответствующих  коэффициентов в целом для  комплекса СМ находят через их частные значения для конкретных СМ, с учетом схемы их расстановки в комплексе. Кроме указанных коэффициентов, в практике технической эксплуатации широко применяют такие показатели, как наработка машины, маш.-ч; среднее время, затрачиваемое на проведение одного ремонта, ч; среднее время остановки машины из-за отказа, ч, и др.

Производительность комплекса  СМ определяется производительностью каждой машины в соответствии со схемой их расстановки в комплексе; для комплексов СМ непрерывного действия - производительностью его главной (ведущей) машины.

Производительность комплекса  СМ цикличного действия оценивается по производительности главной машины комплекса в случае отсутствия ограничений (в виде очереди) на обслуживание каждой машины комплекса. В противном случае в качестве основного показателя системы используется так называемое время цикла системы Тцс' Оно рассчитывается как максимальное значение операций цикла рассматриваемого СТП с учетом задержек в обслуживании. Так, для комплекса машин «Разгрузочное оборудование завода (завод) – краны-автобетоновозы» (рис. 1.9а) возможные задержки в виде очереди отмечены термином «маневрирование». Циклограмма работы машин комплекса, без учета задержек на этапе перезагрузки бетонной смеси из автобетоновоза в крановую бадью, приведены на рис. 1.9, б,в.

 

 

Рис 1.9. Комплекс СМ “Завод-кран-автобетоновозы”:

а - структурная схема работы, б- в - циклограммы работы автобетоновоза и крана башенного, t _ц.0 - время цикла: завода, автобетоновоза, крана башенного. Операции: 1- маневрирование,2- погрузка, 3- перемещение груза, 4- разгрузка, 5- холостой ход

 

В этом случае время цикла  системы для одного крана и n автобетоновозов составит:

Т_цс = mах {t _цА /n; t_ц3; t_цкб}                    (1.14)

Для случая работы К башенных кранов и n автобетоновозов:

Т_цс =mах {t _цА /(nк); t_ц3; t_цкб }.                     (1.15)

При этом производительность системы п_с, м³/ч,

П_с~ (w/т_цс),                             (1.16)

где W - объём готового бетона в одном автобетоновозе, м³

Переход от технической  производительности комплекса СМ к эксплуатационной осуществляют с учетом его использования за расчетный период работы, например

в течение смены:

Кв = [Т _см - (Т _тех +Т_орг +Т _ТО +Т_отк)]/ Т _см,           (1.17)

где Т _см - продолжительность смены.

Т _тех, Т _орг, Т _ТО, Т_ОТК- продолжительность простоев машин, соответственно по технологическим, организационным причинам, а также на проведение технического обслуживания и устранение отказов.

Составляющие временных  затрат Т _ТО и Т_ОТК находят через значения обобщенных показателей надежности машин, которыми являются коэффициенты готовности Кг и технического использования К_ти•

Многовариантность решений  технических задач по выбору строительной техники, режимов работы и др. требует осмысленного подхода, с учетом конкретных видов машин и условий эксплуатации. Такой выбор повышает результат работ, их эффективность. Существующая практика эксплуатации строительной техники выявила ряд критериев, которые закладываются для принятия эффективных решений. Критерии эффективности различны и определяются видом рабочего процесса, решаемых задач, и доступностью данных по стоимостным (финансовым) затратам.

Интегральным критерием  эффективности является критерий удельных приведенных затрат Y_уд, руб./ед.прод., представляющий собой отношение входного «финансового воздействия» на систему СТП к выходному «по производительности»:

Y_уд=Y/ П_эгод = S_e +Е_н К_уд ,                     (1. 18)

где S_e =С_маш-см /П_эсм - себестоимость единицы продукции руб/ед.прод; С _маш-см - стоимость машино-смены, руб.;

К_уд - удельные капитальные затраты, отнесенные к единице продукции:

К_уд= (Ц_o а)/ (Т_гсм П_эсм),                     (1.19)

где Т_гсм - число смен работы в течение года: а - коэффициент, учитывающий расходы по первоначальной доставке машин на объект; Цo- оптово-отпускная цена машин комплекса, руб; П_эс  - эксплуатационная производительность за год и смену соответственно, т/год; т/смен.

Минимум интегрального  критерия определяет оптимальное значение производительности комплекса строительных машин (рис. 1.10).

Рис 1.10. Графическая интерпретация оценки оптимальной

 производительности  комплекса СМ

 

В представленном виде указанный  критерий отражает результат сопоставления рабочих процессов, реализуемых различными комплексами СМ при К, > К₂, С заданным сроком их окупаемости ТОК:

Т_ОК =(К₁-К₂)/((S_е2-S_е1)П_эгод).                  (1.20)

В ряде случаев в качестве критериев эффективности используют:

- себестоимость единицы  выработанной продукции Se, руб./ед. прод;

- окупаемость средств  механизации в виде отношения  вложенных в них капиталовложений к годовой экономии;

- прибыль, получаемую  от реализации выработанной продукции.

Использование указанных  критериев возможно при наличии данных о стоимости машин, машино-смены (машино-часа) или их составляющих, включающих: амортизационные отчисления; стоимость горюче-смазочных материалов, энергии; заработную плату рабочих и накладные расходы.

В том случае, если финансовые показатели недоступны, используется упрощенная оценка, основанная только на технических характеристиках машин комплекса. Так, для циклического комплекса «Краны башенные - автобетоновозы», время цикла которого определено выражением (1.15), критерием рациональности работы комплекса является приближенное равенство всех операций подциклов, причем значение определяющего подцикла должно быть кратным времени смены. Анализ структуры критерия удельных приведенных затрат выявил его основные составляющие: материалоемкость – М/П; энергоемкость: N/П или Э/П, где Э - затраты энергии; трудоемкость -n_p /П.

В соответствии с этим для оценки эффективности комплексов и отдельных СМ используют единичные и комплексные удельные (к производительности) критерии. Комплексные критерии, включающие в виде произведения два или три частных, сформированы в предположении равнозначности их влияния на значение общего показателя. Для условия равной надежности вместо эксплуатационной П_Э используют техническую производительность П_т.

Наиболее рациональные решения будут соответствовать  минимальным значениям указанных  критериев. Нахождение рациональных решений по частным показателям приводит к неоднозначным результатам: учитываешь одно - упускаешь другое. Поэтому следует иметь в виду, что использование одного из частных критериев возможно лишь при «фиксации» других. Более рациональным способом оценки эффективности средств механизации, проводимой по их техническим параметрам, является использование комплексных удельных критериев. Они позволяют получить результат, учитывающий 2-3 фактора одновременно.

 При эксплуатации СМ наиболее часто решается задача оптимального формирования их комплектов. Решение конкретной задачи включает следующие основные этапы:

• выбор критерия оптимизации.

Наиболее часто используемым критерием решения задач комплексной  механизации является критерий минимума удельных приведенных затрат (1.12) или, как частный случай, - себестоимости единицы получаемой продукции.

• выявление основных закономерностей и взаимосвязей между основными параметрами системы в виде аналитических и статистических выражений;
• построение модели системы, отражающей ее технико-экономические характеристики и включающей помимо принятого критерия и установленных закономерностей и взаимосвязей ряд ограничений, накладываемых реальными условиями эксплуатации;
• выбор метода и проведение исследования моделей для заранее выбранных параметров;
• принятие решения с учетом неформализованных факторов (не учтенных ранее)

На эффективность работы машин комплекса влияют технологические параметры рабочего места машины, получаемые на основании технических характеристик машин с учётом их расположения на строительной площадке, а также рациональные приёмы и области эксплуатации машин. Последние называют областями рационального использования машин. Их устанавливают исходя из анализа выражений для оценки усреднённых критериев эффективности для реальных условий эксплуатации.

Эффективность эксплуатации СМ определяется правильностью их комплектования и использования в конкретных условиях работы.

Условия работы, помимо характеристик  среды, включают также степень ее подготовленности (наличие на ней каких-либо скрытых коммуникаций, ям и др., осложняющих проведение работ), размеры рабочей площадки, наличия транспортной сети для доставки СМ и др.

Все эти факторы в  той или иной мере отражаются на производительности СТП. Они учитываются при оценке эксплуатационной производительности – комплексов СМ коэффициентом степени сложности работ относительно их базового значения  принимаемого за единицу.

Задача распределения  комплектов СМ по объектам при известном  их числе и месторасположении, заданных объемах и нормативной продолжительности выполнения работ на каждом, решается по одному из критериев:

- минимум приведенных  затрат

                                                                                              _{m         n}