2.4. Производительность комплекта машин

Производительность машины – это объем работы или количество единиц готовой продукции, производимых в единицу времени. При этом объем выполняемой работы выражается в физических измерителях (м³, м², га, п.

Различают три категории производительности машин: теоретическую (конструктивную), техническую и эксплуатационную.

Теоретическая производительность определяется за час непрерывной работы в расчетных условиях и применяется для сравнения машин при их проектировании. Для решения каких-либо вопросов производства работ она не используется, так как расчетные условия, в которых определяется теоретическая производительность, в большинстве случаев не соответствует реальным производственным. Например, для одноковшовых экскаваторов такими расчетными условиями являются: рабочее оборудование – прямая лопата, угол поворота на выгрузку – 90°, разгрузка в отвал, грунт первой группы, не изменяющийся в объеме при разработке (коэффициент разрыхления равен единице), объем грунта в ковше равен геометрической вместимости ковша. Как видно из этого примера, многие из условий не соответствуют реальным производственным.

Техническая производительность определяется также за час непрерывной работы, но в реальных производственных условиях.

Производительность любых машин цикличного действия рассчитывается принципиально одинаково. Характерным признаком всех машин цикличного действия являются определенные элементы, совокупность которых образует цикл работы, а выполненный машиной объем работы проявляется как результат совокупности циклов.

К машинам цикличного действия относятся широко распространенные одноковшовые экскаваторы, скреперы, автомобили при транспортировке грунта из карьера, трамбующие машины, бетоносмесители и т. п.

Приведем примеры элементов цикла для некоторых машин:

одноковшовый экскаватор – набор грунта (копание), подъем ковша, поворот на выгрузку, выгрузка грунта, обратный поворот, опускание ковша в забой;

скрепер – набор грунта, рабочий ход к месту выгрузки, выгрузка, холостой ход в карьер;

трамбующая машина – подъем плиты, сбрасывание (удар);

бетоносмеситель – загрузка компонентов в барабан, перемешивание, выгрузка готовой бетонной смеси.

По определению производительность машины (П_т, ед. об./ч) может быть выражена следующей формулой:

где W – объем работы, выполненный за время Т.

Представив объем работы W как сумму объемов, выполняемых за один цикл, и считая, что за время Т машина совершила z циклов, получим

где n_ц – частота циклов, т. е. число циклов, выполняемых машиной в единицу времени, 1/ч.

Очевидно, что

где Т_ц – средняя продолжительность одного цикла, которая может быть выражена как сумма продолжительностей отдельных элементов цикла, т. е.

где n – число элементов цикла.

При расчете технической производительности конкретной машины необходимо установить для нее объем выполняемой за один цикл работы и продолжительность элементов цикла.

Так, для скрепера объем работы, выполняемый за цикл, выражается через геометрическую вместимость ковша q_к с учетом заполненности ковша грунтом (коэффициент наполнения К_н) и условия, требующего определения производительности по объему грунта в естественном состоянии, т. е.

где К_р – коэффициент разрыхления грунта, выражаемый как отношение объема грунта в рыхлом состоянии к объему, который занимал этот же грунт до разработки машиной.

Пример. Определить техническую производительность экскаватора ЭО-4321 на разработке легкого суглинка при следующих данных: вместимость ковша – 0,65 м³, продолжительность цикла – 20 с, ковш при работе заполняется на 95 % (т. е. К_н = 0,95).

В соответствии с приложением 2 сборника Е2-1 [24] суглинок легкий увеличивается в объеме при разработке в среднем на 21 %, т.

Тогда

Рабочий процесс машин непрерывного действия отличается от рассмотренных отсутствием явно выраженной цикличности. В качестве примеров можно привести ленточные конвейеры, а также многоковшовые экскаваторы, при работе которых все элементы разработки грунта (копание, подъем, выгрузка) полностью совмещены во времени. К этому типу машин можно отнести также катки для уплотнения грунтов, универсальные бульдозеры при засыпке траншей, планировке трасс и т. п.

Производительность машин (П_т, м³/ч) непрерывного действия выразим на примере траншейного экскаватора:

где W – объем грунта, разработанный за время непрерывной работы Т, м³;

F – площадь поперечного сечения траншеи, м²;

L – длина траншеи, пройденная экскаватором за время Т, м;

v_п – рабочая скорость передвижения экскаватора, м/ч.

Для других машин непрерывного действия F и v_п можно трактовать следующим образом:

ленточный конвейер – площадь поперечного сечения материала на ленте и скорость ленты;

каток – произведение ширины уплотняемой полосы с учетом перекрытия смежных полос на толщину уплотненного за один проход слоя и рабочая скорость катка;

бульдозер с поворотным отвалом на засыпке траншеи – площадь поперечного сечения кавальера, срезаемая за один проход машины, в пересчете на естественную плотность грунта и рабочая скорость бульдозера;

экскаватор поперечного копания на профилировке откоса канала – произведение длины откоса на толщину срезаемого слоя и скорость движения экскаватора вдоль канала.

Пример. Определить техническую производительность кулачкового катка ДУ-3, работающего на уплотнении суглинка при отсыпке дамбы, при следующих данных: ширина захвата катка В = 2,6 м, ширина полосы перекрытия с = 0,2 м, максимальная толщина уплотняемого слоя h = 0,3 м при числе проходов по одному следу n = 5, средняя рабочая скорость v_п = 4 км/ч.

_.

Заметим, что техническая производительность является максимально возможной для конкретной машины в определенных производственных условиях и используется для расстановки машин по фронту работ, для комплектования погрузочных и транспортных машин.

Основным видом производительности машин, используемым при решении вопросов производства работ, является эксплуатационная. В частности, она применяется для расчета количественного состава комплекта машин, продолжительности производства работ, выдачи производственных заданий исполнителям и расчетов с ними.

Эксплуатационная производительность рассчитывается в реальных производственных условиях, но в отличие от технической с учетом регламентированных перерывов в работе и не только за час, но и за смену, рабочий день, месяц и т. д.

Влияние регламентированных перерывов при работе машин учитывается коэффициентом использования рабочего времени, который представляет собой долю времени чистой работы машины в общем промежутке времени Т, т. е.

где Т_пер – продолжительность регламентированных перерывов в работе машины.

К регламентированным перерывам относятся такие перерывы, которые продиктованы самой сущностью работы и требованиями технологии, т. е. без них невозможно производство самой работы. Примеры регламентированных перерывов: передвижки экскаватора при смене забоя, развороты агрегата в конце гона, переезды машин с одной трассы на другую, ежесменные технические обслуживания машин, переезды машин к месту ночной стоянки и обратно и т. п.

Следует различать часовой, сменный, годовой и тому подобные коэффициенты использования рабочего времени. Из них наибольшим является часовой коэффициент использования рабочего времени, величина которого равна 0,92–0,98, т. е. весьма близка к единице. Величина сменного коэффициента находится в пределах 0,80–0,85, а годового – 0,3–0,5 [2].

Таким образом, эксплуатационная производительность машин может быть определена через техническую путем снижения последней за счет перерывов в работе, т. е.

П_эч = П_т К_в.ч;

П_эсм = П_т Т_см К_в.см;

П_эг = П_т Т_г К_в.г,

где П_эч, П_эсм, П_эг – соответственно часовая, сменная, годовая эксплуатационная производительность;

Т_см, Т_г – соответственно продолжительность смены и годовой фонд рабочего времени машины в часах;

К_в – коэффициент использования рабочего времени за соответствующий промежуток времени.

Годовую эксплуатационную производительность не следует смешивать с годовой директивной нормой выработки машин, которую устанавливают на среднесписочную машину данного типа, находящуюся на балансе в строительной организации, на основе анализа отчетных данных строительных организаций об использовании машин за предыдущий год.

Различают нормативную, планово-расчетную и фактическую эксплуатационную производительности машин.

Нормативная производительность (норма производительности) определяется по сборникам действующих норм и служит для расчетов с рабочими. По сути, это производительность, которую машина должна обеспечить в данных производственных условиях.

Норму производительности (Н_пр, ед. об./ч) (нормативную производительность (, ед. об./ч)) можно определять по следующим формулам:

или при строительстве линейно-протяженных сооружений

где W_ед – единица объема, на которую приведена норма машинного времени Н_вр (100 м³, 1000 м², 100 п. м. и т. п.);

W_техн – объем работы, на который технологическим расчетом установлена машиноемкость операции (М_м.ч, маш. ? ч), определяемая по формуле

Пример. Определить норму производительности экскаватора ЭО-4121 при устройстве канала, имеющего проектное сечение 7 м². Грунт – супесь, вместимость ковша экскаватора – 0,8 м³.

Супесь при разработке одноковшовыми экскаваторами отнесена к грунтам первой группы [24, гл. 1, техническая часть, табл. 1, п. 22]. Для условий примера норма машинного времени равна 1,5 маш. ∙ ч/100 м³ [25, § В12-1, табл. 7, п. 3 а]. Тогда норма производительности

Пример. Определить нормативную производительность бульдозера МК-21 при разравнивании кавальеров вдоль канала при следующих данных: грунт – супесь, длина канала – 2000 м, объем разравниваемого грунта в состоянии естественной плотности – 7000 м³ при среднем расстоянии перемещения 23 м.

Для условий примера II группа грунта при перемещении бульдозерами

[25, § В12-1-8 В, табл. 3, п. 5 б, д].

Машиноемкость операции

Тогда

Планово-расчетная эксплуатационная производительность является основной при выборе машин, разработке проектов производства работ, схем механизации. Эксплуатационная среднечасовая производительность определяется по следующей формуле:

П_{э ср.ч} = П_эч К_пер,

где К_пер – коэффициент перехода от часовой эксплуатационной производительности к среднечасовой, учитывающий влияние на производительность простоев по организационным и метеорологическим причинам.

где Т_см – общая продолжительность смены;

Т_пр – продолжительность простоев.

Эксплуатационная среднесменная производительность машины выражается через среднечасовую производительность:

П_{э ср.см} = П_{э ср.ч} Т_см.

Эксплуатационная производительность комплекта машин определяется производительностью основной машины при условии, что производительность вспомогательных машин комплекта обеспечивает расчетную производительность основной машины (работу без простоев из-за отсутствия фронта).

При выполнении массовых однородных объемов работ (разработка грунта в карьере, строительство каналов, дорог) необходимо учитывать влияние на производительность вспомогательных машин всех основных случайных организационных факторов, что в свою очередь вызывает снижение производительности основной машины и комплекта в целом, т. е.

где m – количество типоразмеров основных машин в комплекте;

N_oi, П_oi – количество и производительность основных машин i-гo типоразмера в комплекте;

ρ_i – коэффициент использования основных машин по производительности (является функцией производительности и числа основных и вспомогательных машин, а также статистических характеристик процесса, т. е. закона распределения вероятности).

Повышение производительности машин может быть достигнуто:

– благодаря повышению коэффициента использования времени смены, ликвидации организационных и технологических перерывов, организации многосменной работы;

– ликвидации сезонности в работе машин;

– повышению квалификации машинистов;

– своевременному и качественному проведению технических обслуживаний (ТО) и планово-предупредительных ремонтов;

– созданию специальных бригад ТО и ремонтов.