31 Май 2016

 

ГР БУТКЕВИЧ, канд. техн. наук, С.Г БУТКЕВИЧ, инженер

 

Изменившиеся условия хозяйственной деятельности в России повысили ответственность за принимаемые решения при строительстве или реконструкции предприятий. Одна из возникающих при этом задач — определение потребности в оборудовании. Решение такой задачи, как это ни странно, дает неодинаковые ответы. Поясним дальнейшие рассуждения примером работы комплекса оборудования на предприятии нерудной промышленности, состоящего из экскаватора и самосвалов.

 

При производстве горных работ положение забоя экскаватора изменяется, вследствие чего не остается постоянным расстояние перевозки горной массы. Следовательно, изменяется и производительность самосвалов. То же происходит при отсыпке отвала, дамбы, штабеля при производстве строительных работ. На карьерах небольшой мощности расстояние между крайними положениями забоя при выемке одной заходки составляет несколько сот метров, на мощных — километры.

 

Если парк транспортных или выемочно-транспортных машин определять исходя из наибольшего расстояния перевозок, то значительное время часть машин будет простаивать. Приняв за основу минимальное расстояние, не удастся достичь заданной производительности или выполнить в установленный срок полный объем работ.

 

Нормативные и справочные документы позволяют рассчитать производительность машины, продолжительность цикла и другие показатели для четко оговоренных условий: расстояния перемещения мобильного оборудования, характеристик материала и некоторых других. Влияние части факторов учитывается коэффициентами. Так получают результаты для определенного момента функционирования системы при неизменных условиях, что по сути является частным случаем, поскольку за продолжительный период времени показатели, влияющие на производительность машины, не остаются постоянными. Наибольшие противоречия возникают при расчетах, в которых нужно учитывать расстояния перемещения машины, например бульдозера (рис. 1), или рабочего органа, например ковша канатного скрепера, поскольку их производительность в зависимости от расстояния изменяется не линейным образом.

 

Потребность в оборудовании рассчитывают по формуле:

n = Q/q,

где n — количество машин, шт., Q — объем работ, например, м3/год, q — производительность машины, м3/год.

 

Обычно проектировщик рассчитывает рабочий и инвентарный парк оборудования исходя из единственного положения забоя или отвала. При этом используются средние арифметические значения одного из четырех показателей: скорости движения, продолжительности цикла, расстояния или производительности.

 

Сравнение результатов вычислений показывает, что разница в них может превышать 10%. С увеличением расстояния между крайними положениями забоя разница возрастает (табл. 1). Расчеты выполнены для самосвалов грузоподъемностью 42 т, загружаемых экскаваторами породой II категории прочности. Средняя арифметическая производительность определяется как частное производительностей в крайних точках, например 0,4 и 1 км, а среднее арифметическое расстояние — как частное тех же расстояний.

 

При выполнении расчетов не для среднего, а максимального или минимального расстояний разница в результатах достигает десятков процентов (табл. 2).

 

Таблица 1

Расстояние транспортировки, км

Отношение средней арифметической производительности к производительности для среднего расстояния транспортировки, % Отношение средней арифметической жительности рейса для среднего расстояния транспортировки, %
Диапазон изменения расстояний Среднее арифметическое расстояние

0,4-1

0,7 102 100

0,4-2

1,2 110

98

0,4-3 1,7 118

96

0,4-4 2,2 128

94

 

Таблица 2

Диапазон изменения расстояния, км

Среднее арифметическое расстояние, км Соотношение производительности самосвала при различном расстоянии перевозки, %

максим./среднее

миним./среднее

максим./миним.

0,4-1

0,7 115 89 129

0,4-2

1,2 139 80

173

0,4-3 1,7 160 77

209

0,4-4 2,2 180 75

239

 

Следовательно, отсутствие в нормативах четкого указания по выбору исходных значений производительности, расстояния транспортировки и т. п. может привести как к неоправданному увеличению парка оборудования, что потребует излишних затрат на приобретение и содержание оборудования, так и к необоснованному уменьшению парка, что не позволит достичь проектной мощности.

 

Мы полагаем, что среднюю производительность, а значит, и потребность в оборудовании следует определять путем интегрирования:

sm_06_01

где L — расстояние перемещения, м. В нашем примере

sm_06_02

 

где Е — объем перемещаемой породы за цикл, м3; V1 и V2 — скорости движения в грузовом и порожняковом направлениях, м/с; t — продолжительность постоянных операций, с.

Поэтому

sm_06_03

Когда расстояния движения в грузовом и порожняковом направлениях не равны, как это происходит при кольцевом движении колесных скреперов или самосвалов, формулы (2) и (3) видоизменятся:

sm_06_04

где L — расстояние передвижения в порожняковом направлении, км, L» — расстояние передвижения в грузовом направлении, км.

Поскольку L’+L»= L, где L — неизменное суммарное расстояние перемещения в обоих направлениях, формулу (4) можно переписать следующим образом:

sm_06_05

В этом случае согласно формуле (1),

sm_06_06

Несколько усложняется принятие решения по отношению к комплексу, то есть при совместной работе нескольких машин, поскольку ограничивающим фактором оказывается один из процессов или видов оборудования. В нашем примере производительность экскаватора при сохранении прочих условий постоянными остается стабильной вне зависимости от расстояния перевозок. Однако, начиная с определенного положения забоя, количество самосвалов окажется недостаточным для достижения производительности, обеспечиваемой экскаватором. На графике (рис. 2) показано, что комплекс оборудования в зоне ABCD мог бы работать с превышением заданной производительности, если это позволяет производительность экскаватора. Но только до участка, ограниченного точкой D. Далее имеющийся парк самосвалов не сможет обеспечить заданную производительность. Формула для средней производительности в этом случае довольно громоздка, и мы ее приводить не будем.

sm_06_01-10

Рис 1. Зависимость производительности бульдозера Д-385 от расстояния перемещения пород II категории прочности: 1 — средняя производительность; 2 — производительность при среднем расстоянии транспортировки пород

 

sm_06_01-11

Рис. 2. Изменение производительности комплекса в зависимости от расстояния перевозки: 1 — заданная производительность; 2 — производительность экскаватора; 3 — производительность самосвалов (рабочий парк состоит из 4 автомашин)

 

Таким образом, если допустимые изменения в объемах поставок измеряются минутами или часами, расчет производительности следует производить для максимального расстояния перемещения груза по формулам (2) и (4), а когда ставится задача выполнить работы в течение жестко заданного времени, расчеты нужно выполнять, исходя из средней производительности по формуле (1).

 

В статье рассмотрены случаи, относящиеся к изменяющемуся расстоянию транспортировки пород. Однако существующие нормативные и методические документы, в соответствии с которыми определяется потребность в оборудовании, нуждаются в уточнении и таких положений, как округление дробных значений количества машин до целого, исключения диапазона изменения величин и других. Работа по пересмотру этих документов возобновилась, поэтому затронутые в статье вопросы могут быть учтены во вносимых изменениях.

 

Статья взята из журнала «Строительные материалы»