Кадыров А.С., Курмашева Б.К., Нурмаганбетов А.С.

Карагандинский государственный технический университет

Экономико-математическое моделирование

технологии устройства набивных свай

Современные исследования в области строительного производства проводятся по трем основным направлениям: технологии, организации и комплексной механизации. В некоторых случаях каждое из направлений развивается caмocтoятельнo, без дocтаточной взаимосвязи дpyг с дpyгoм. Такой подход приводит к негативным пocледствиям при внедрении результатов исследований в производство.

Создание новых машин без изучения эффективности их работы в комплексе затрудняет внедрение в производство. Поэтому при определении средств механизации для любой строительной операции необходим комплексный подход к установлению параметров машин, позволяющий учесть организационные и технологические факторы всего процесса.

Технология устройства набивных свай предусматривает следующие основные операции: бурение скважин, устройство уширений (в необходимых случаях), армирование и бетонирование свай. Ведущая операция – бурение скважин. Организация технологического процесса должна обеспечивать оптимальную производительность машин, выполняющих ведущие операции. В этом случае экономические показатели будут наилучшими.

Показателей, характеризующих технологический процесс, может быть несколько, что усложняет определение рационального состава комплекса машин и механизмов.

В качестве критерия выбран наиболее обобщенный экономический показатель – приведенные затраты на объем строительства, определяемый по формуле

(1)

где П_З.О – приведенные затраты, позволяющие учитывать характеристики грунтов, свай, машин и механизмов, участвующих в процессе через экономические параметры, ден.ед;

С_О – себестоимость механизированных работ на объекте, ден.ед;

К_О – капитальные вложения в средства механизации, отнесенные к объему механизированных работ на объекте, ден.ед.

Оптимальный вариант соответствует минимуму приведенных затрат. Разность между приведенными затратами различных вариантов представляет собой экономический эффект, который при оптимальном варианте будет наибольшим. Однако, при сравнении технологических процессов с различными объемами работ необходимо учитывать полученный эффект или ущерб по стоимости материалов. Поэтому выбор оптимального варнанта целесообразно производить по формуле:

, (2)

где Э – экономический эффект, ден.ед;

П_З.О1, П_З.О2 – приведенные затраты на объем по соответствующим вариантам, ден.ед;

С_М1, С_М2 – стоимость материалов и прочих затрат по первому и второму вариантам, ден.ед.

Поскольку в механизированном процессе участвует комплект машин переменного состава, каждая из которых не обеспечивает получения конечной продукции, то К_О определяется по формуле:

(3)

где К_i – стоимость i – той машины комплекта, ден.ед;

T_oi – число часов работы i – той машины на объекте, маш.ч;

T_годi – число часов работы i – той машины в году, маш.ч.

Анализ стрyктyры себестоимости механизированных работ позволил выделить её постоянную C_n и переменную C_э части:

(4)

где С_n – включает в себя единовременные затраты, заработную плату, амортизационные отчисления, ремонт инструмента, ден.ед;

С_э – представляет собой энергетические затраты, связанные с работой машин и механизмов, ден.ед.

В исследованиях [1], проводимых на установках с винтовым рабочим органом, предложена методика определения энергозатрат через физико-механические характеристики грунтов, параметры свай, механизмов и машин:

(5)

(6)

(7)

(8)

(9)

где q_э – стоимость единицы затрат энергии, ден.ед/кВт^.ч.;

Е_уд – удельные энергозатраты буровой машины, кВт^.ч/м;

N₀ – общая мощность, затрачиваемая на бурение, кВт;

П_б – производительность буровой машины, м/с (м³/с);

М – крутящий момент рабочего органа, кН^.м;

G – ускорение свободного падения, м/с²;

Q – усилие подачи рабочего органа, кН;

v – скорость бурения, м/с;

ω – угловая скорость вращения рабочего органа, с^-1;

j – коэффициент пропорциональности между производительностью буровой машины и скоростью бурения равен 1, при измерении производительности в м/с и πR² – при измерении в м³/с.

Подставляя (5), (7) в формулу (4), получим выражение для определения себестоимости буровых работ, производимых винтовым рабочим органом:

(10)

Как видно из (10), себестоимость механизированных работ зависит от показателей назначения машин и механизмов (М, ω, Q, v), которые в свою очередь определяются исходя из физико-механических свойств грунта и параметров свай.

Предложенная методика позволяет определить себестоимость всего комплекса машин и механизмов в зависимости от их технико-экономических показателей.

Таким образом, на входе экономико-математической модели будут задаваться физико-механические свойства грунтов, параметры свай, показатели назначения машин. На выходе модели по установленным закономерностям будут получены приведенные затраты. Изменяя граничные условия для вводимых параметров, можно получить несколько значений приведенных затрат, соответствующих определенным технологическим процессам.

Выбранному по формуле (2) варианту технологии устройства набивных свай для конкретных строительных условий будут соответствовать оптимальные параметры процесса.

Экономико-математическое моделирование позволит:

- определить рациональные показатели назначения машин и механизмов для конкретных строительных условий;

- разработать рациональную технологическую схему устройства набивных свай;

- дать экономическую оценку влияния изменения технологических параметров на процесс устройства свайных фундаментов в целом.

Список использованных источников

1. Кадыров А.С. Теория и расчет фрезерных и бурильных машин. Дис. на соискание ученой степени докт. техн. наук. – М., 1989 г.