Многофункциональные дорожно-строительные машины (Часть 2)
Рациональное применение

Для выявления эффективности, сопоставления и выбора многофункциональных дорожно-строительных машин (ДСМ) с различными типами сменного рабочего оборудования (СРО) при работе на объектах с разнородными работами воспользуемся известным критерием оценки эффективности – удельной себестоимостью единицы продукции, руб/м³ (руб/т):

где С_м-ч – стоимость 1 машино-ч, руб.;
С_пб – удельная стоимость перебазирования машины на объект, руб/км;
П_э.ч – эксплуатационная часовая производительность, м³/ч;
В – расстояние перебазирования, км;
V_об – объем работ на объекте, м³ или т.

Удельная себестоимость С_е отражает соотношение затрат на механизацию С_м-ч, С_пб1км с производственным эффектом работы машины П_э.ч, V_об и показывает, во что обходится 1 м³ продукции. Экономически целесообразнее машина с меньшими С_е. Но эффективность многофункциональных машин необходимо выявлять на строительных объектах с разнородными работами (технологическими операциями). При этом на каждой работе j (объемом V_j) и с каждым типом сменного оборудования производительность многофункциональной машины будет разной. Для учета этой специфики в формуле (1) воспользуемся так называемой приведенной производительностью.

В случае когда объемы разных видов работ можно выразить в одинаковых измерителях, например в м³ (или тоннах – для грузоподъемных машин), и, следовательно, общий объем на объекте можно подсчитать, суммируя объемы отдельных работ V_об = ∑V_j, эксплуатационная производительность может быть приведена к суммарному объему работ:

где Т_{раб.сум} – общее время выполнения всех разнородных работ на объекте;

Т_{раб.сум} = ∑Т_{раб ij} = ∑V_j/П_{э.ч ij}. (3)

Здесь Т_{раб ij} – время выполнения j-й работы многофункциональной машиной с i-м типом сменного оборудования;
П_{э.ч ij} – эксплуатационная часовая производительность многофункциональной машины с i-м типом СРО на j-м виде работ. Этот показатель необходимо определять на всех работах объекта (рассчитывается обычным образом или принимается по производственным нормам выработки).

Приведенная производительность, таким образом, это средневзвешенная эксплуатационная производительность, при которой суммарный объем разнородных работ выполняется за суммарное время работы.

Для уменьшения расчетов по формуле (1) при выявлении эффективности можно положить, что сопоставление многофункциональных машин с разными типами СРО всегда производится при выполнении одних и тех же работ и их объемов на строительном объекте. Поэтому сопоставление и оценку можно провести по общим затратам, руб., на выполнение механизированных работ:

где Т_об – время выполнения работы на объекте (пребывания машины на объекте). В нашей задаче это время будет больше времени собственно работы (чистой работы) за счет дополнительных затрат времени Т_зам на замену сменного оборудования;

t_зам – продолжительность одной замены сменного оборудования (при переходе от одной работы к другой), ч;
λ – число замен сменного сменного оборудования на объекте при выполнении всего объема работ ∑V_j.

Число замен λ не всегда совпадает с числом видов работ, так как часто по технологии или организации работы сменное оборудование несколько раз меняют на одной работе, т. е. λ ≥ ∑j.

Тогда с учетом формулы (4) суммарные затраты

Графики областей рационального применения обычно представляют в зависимости от объема работы, для этого время работы Т_{раб.сум} подставим из формулы (2):

Конечное выражение для Ссум получим в виде

Таким образом, суммарная себестоимость механизированной работы, руб., выражена через стоимость С_м-ч 1 машино-ч машины и ее рабочего оборудования, продолжительность t_зам одной замены сменного оборудования, а также через параметры, определяющие условия работы машины на объекте: ∑V_j; λ и В.

На основе показателя С_сум определим области рационального применения многофункциональных дорожно-строительных машин с разными типами сменного оборудования. В соответствии с методикой определения этих областей из выражений критерия С_сум попарно сравниваемых машин необходимо найти уравнение границы их областей рационального применения, где суммарные себестоимости равны. Обозначая одну из машин индексом k, а вторую машину индексом k+1, по условию С_{сум k} = С_{сум k+1} на основании формулы (5) приравниваем правые части, составленные для двух пар машин:

Отсюда находим уравнение границы областей рационального применения:

Уравнение (6) определяет граничное сочетание значений независимых параметров λ, ∑V_j и В, при котором затраты С_сум сопоставляемых машин k и k+1 равны. По этому уравнению построим графики областей рационального применения в координатах λ и ∑V_j для примера разнородных работ на объекте, представленных в табл. 1. Работы выполняются многофункциональными машинами с четырьмя типами сменного оборудования (см. табл. 2).

Приведенная производительность в нашем примере П_{э.ч.прив} = ∑V_ij/∑Т_{раб ij} = 1067/24,54 = 43,5 м³/ч. Расчетные показатели в табл. 1 приведены только для одного типа сменного оборудования – двухчелюстного ковша. Для остальных трех типов они рассчитаны аналогично.

В табл. 2 приведены принятые в расчетах области рационального применения по формуле (6) технико-экономические характеристики вариантов многофункциональных машин и сменного оборудования к ним (данные по С_м-ч и С_пб1км ориентировочные). Расстояние перебазирования машин на объект В принято 5 км.

Примечания. 1. Граничные значения λ при объеме 1067 м³ по формуле (6) составили: 14,25 при сопоставлении вариантов 1 и 2; 12 – при сопоставлении вариантов 1 и 3; 8,8 при сопоставлении вариантов 3 и 4. По расчетным значениям λ при разных объемах построены графики ОРП, показанные на рис. 1.
2. q_k – вместимость ковша; N – мощность; Q – грузоподъемность; q_п – вместимость ковша погрузчика; qэ – вместимость экскаваторного ковша.

Анализ графиков на рис. 1. При сопоставлении областей рационального применения одной и той же машины с набором быстросменного рабочего оборудования (1) и многоцелевого оборудования в виде двухчелюстного ковша (2) видно, что область рационального применения оборудования (2) находится в зоне малых объемов работ, когда продолжительность замены сменного рабочего оборудования имеет существенное значение. Быстросменное рабочее оборудование (1) с немного большими затратами времени на одну замену по сравнению с оборудованием (2) выгодно на повышенных объемах работ, когда эти затраты времени становятся менее влияющими. С увеличением числа замен области рационального применения (1) и (2) расширяются. Значительные потери времени на каждой замене обычного сменного рабочего оборудования с шарнирно-пальцевым креплением отодвигают его области рационального применения (3) в зону еще больших объемов, хотя оно и дешевле по сравнению с быстросменным рабочим оборудованием. При этом с увеличением числа замен существенно увеличиваются и общие потери времени на замены, поэтому области рационального применения (3) сужаются вверху. Если на объекте производится всего одна замена, то сменное рабочее оборудование с шарнирно-пальцевым креплением всегда выгоднее всех других типов рабочего оборудования (область 3 на рис. 1).

Двойное независимое рабочее оборудование на многофункциональных машинах выгодно на повышенных объемах работ, так как эти машины более дорогие и дороже обходится их перебазирование. Граница 3/4 зависит также от типа навески сменного рабочего оборудования на каждом из рабочих органов.

В зоне еще больших объемов работ находится область рационального применения (5) машин с комплектом независимо установленных рабочих органов. Дополнительное сменное рабочее оборудование на этих машинах мало практикуется.

Если на объекте используют только два рабочих органа, то двойное независимое рабочее оборудование выгоднее комплекта независимо установленных рабочих органов (область 4, см. рис. 1).

Графики областей рационального применения, таким образом, наглядно представляют возможности многофункциональных машин и сменного рабочего оборудования и позволяют оперативно подобрать экономически целесообразную многофункциональную машину и сменное оборудования к ней из имеющихся в наличии машин по двум параметрам строительного объекта – суммарному объему работ ∑V_j и числу замен рабочего оборудования λ, необходимому для выполнения разнотипных работ на объекте.

По графикам областей рационального применения, построенным для типичных или часто повторяющихся объектов, можно судить и об оптимальном составе машин в парке, можно подбирать под имеющиеся машины объекты работ.

Границы областей рационального применения на графиках, конечно, зависят от стоимостных показателей машин и рабочего оборудования, от набора работ и их доли в общем объеме работ. При изменении этих параметров графики надо перестраивать заново.

При разовом сопоставлении и выборе многофункциональных машин и сменного оборудования для конкретного строительного объекта можно без построения графиков областей рационального применения подсчитать стоимость их работы С_сум по формуле (5) или (7) и выбрать машину с меньшей стоимостью.

Последовательность процедур и расчетов по подбору многофункциональных машин и сменного оборудования к ним представлена в виде блок-схемы алгоритма на рис. 2.

Вернемся к началу статьи, к тому случаю, когда разнородные работы на объекте не измеряются одним показателем. Например, на объекте выполняются землеройно-транспортные работы j, объемы которых измеряются в м³, и погрузочно-разгрузочные работы q в тоннах. В этом случае необходимо раздельно рассчитывать время работы Т_{раб ij} и Т_{раб iq}, а суммарная себестоимость работы С_сум и граничное число замен λгр = λ_j + λ_q выразятся так:

Графики областей рационального применения в этом случае целесообразно строить в зависимости от суммарного времени работы Т_{раб.сум j} + Т_{раб.сум q}, а не от объема работ.

В статье использованы материалы из книги ак. В.И. Баловнева «Многоцелевые дорожно-строительные технологические машины».