Введение к работе
Актуальность темы исследования. Долгосрочные программы освоения Восточной Сибири и Дальнего Востока до 2030 г. предусматривают формирование развитой транспортной инфраструктуры в этих регионах Российской Федерации, в том числе строительство автомобильных дорог в условиях неблагоприятных природно-климатических факторов с гористым и холмисто-увалистым рельефами местности. Природно-климатические факторы с гористым рельефом в сочетании с резко континентальным климатом характеризуются как экстремальные и существенным образом влияют на сроки и темпы строительства асфальтобетонных покрытий.
Как показывает практика строительства автомобильных дорог, природно-климатические факторы с гористым рельефом местности, в том числе климатические условия (резко континентальный климат), а также неблагоприятные производственные условия увеличивают продолжительность и снижают темпы строительства асфальтобетонных покрытий. В таких условиях использования специализированных комплектов машин (СКМ) также не обеспечивается теплофизическая надежность доставки асфальтобетонной смеси (АБС) в транспортных операциях в соответствии с проектами производства работ (ПНР). Планируемые, согласно ППР, сроки строительства увеличиваются на 20-30 % по числу календарных дней. Графики строительства асфальтобетонных покрытий нарушаются по срокам их начала и выполнения, сроки завершения работ переносятся на осенние месяцы.
Планирование показателей использования и прогнозирование производительности машин, входящих в СКМ (асфальтоукладчиков, транспортных средств (ТС), асфальтосмесительной установки и других машин), которые находятся в прямой зависимости от скорости потока или темпа строительства, в условиях влияния неблагоприятных факторов имеют свои особенности. Это обуславливает необходимость проведения теоретических и экспериментальных исследований закономерностей и связей параметров функционирования СКМ в условиях использования, их влияния на технико-эксплуатационные показатели.
Оптимизируя параметры функционирования СКМ, необходимо формировать такой его состав, с учетом влияния совокупности неблагоприятных производственных условий и природно-климатических факторов, в котором наилучшим образом будет сочетаться эксплуатационная производительность основных средств механизации, занятых в технологическом процессе. Это в свою очередь обеспечит соответствие планируемых и фактических темпов строительства.
Степень разработанности темы исследования. В исследованиях повышения эффективности функционирования СКМ при строительстве асфальтобетонных покрытий накоплен значительный научный и практический опыт разработки проблем, связанных с повышением темпов и сокращением сроков строительства на основе общепринятых теоретических положений, а также с использованием методов системного анализа, экономико-математического моделирования, прогнозирования и оптимизации, представленный в трудах таких ученых, как В. Б. Пермяков, В. Н. Иванов, В. Н. Шестаков, А. В. Захаренко, В. В. Дубков, А. И. Кудяков, С. Я. Лупкий, С. Н. Иванченко, А. И. Грузинов, Н. Н. Гребенникова, А. Ю. Прусов, О. Г. Алпеева, Д. А. Двизов, А. А. Кононов, О. А. Чооду, А. А. Гусаков, В. Д. Верескун и др.
Признавая бесспорные заслуги названных ученых в теоретическом и практическом развитии вопросов, связанных с повышением эффективности функционирования СКМ, их элементов при строительстве асфальтобетонных покрытий, необходимо отметить, что совокупность производственных условий и природно-климатических факторов существенным образом влияет на несогласованную эксплуатационную производительность машин, входящих в специализированный комплект.
В настоящее время недостаточно проработаны подходы по выявлению закономерностей и
связей параметров функционирования системы «асфальтоукладчик - транспортные средства -
асфальтосмесительная установка» в неблагоприятных условиях использования, а также к построению математических моделей параметров функционирования системы с наложением ограничений по организационно-технологической надежности на производительность ее элементов.
На практике все чаще возникает потребность учитывать влияние совокупности неблагоприятных производственных условий и природно-климатических факторов на темпы укладки и уплотнения различных слоев асфальтобетонных покрытий, выполнять оптимизацию состава по параметрам его функционирования для решения задач сокращения сроков и повышения темпов строительства, снижения затрат на эксплуатацию машин, входящих в специализированный комплект.
Цель диссертационной работы заключается в оптимизации основных параметров функционирования системы «асфальтоукладчик - транспортные средства -асфальтосмесительная установка» за счет повышения показателей использования и производительности машин, входящих в специализированный комплект.
Поставленная цель определила следующие задачи:
-
Выявить закономерности и установить связи параметров функционирования системы «асфальтоукладчик - транспортные средства - асфальтосмесительная установка» в совокупности влияния неблагоприятных производственных условий и природно-климатических факторов.
-
Разработать математическую модель функционирования системы «асфальтоукладчик -транспортные средства - асфальтосмесительная установка» с учетом влияния ее основных параметров на темпы строительства различных слоев асфальтобетонных покрытий.
-
Исследовать влияние условий транспортирования на температурную сегрегацию асфальтобетонной смеси. Разработать технические решения, обеспечивающие теплофизическую надежность доставки асфальтобетонной смеси и снижение ее температурной сегрегации на этапе транспортных операций.
4. Разработать методику оптимизации системы «асфальтоукладчик - транспортные
средства - асфальтосмесительная установка» с учетом условий ее функционирования.
Объектом исследования являются система «асфальтоукладчик - транспортные средства -асфальтосмесительная установка» и параметры ее функционирования.
Предметом исследования являются закономерности и связи параметров системы «асфальтоукладчик - транспортные средства - асфальтосмесительная установка» в условиях ее функционирования.
Содержание рассматриваемых в работе вопросов отвечает формуле паспорта научной специальности 05.05.04 - «Дорожные, строительные и подъемно-транспортные машины» и области исследования по пунктам 1, 2, 3 (методы оптимизационного синтеза машин, их функциональных механизмов, комплектов и систем; методы моделирования, прогнозирования, исследований, расчета технологических параметров, проектирования, испытаний машин, комплектов и систем, исходя из условий их применения; совершенствование технологических процессов на основе новых технических решений конструкций машин).
Научная новизна определяется следующим.
Исследованы и выявлены закономерности и связи параметров системы «асфальтоукладчик - транспортные средства - асфальтосмесительная установка» в условиях ее функционирования с учетом влияния совокупности неблагоприятных производственных условий и природно-климатических факторов на темпы укладки и уплотнения различных слоев АБС.
Разработана вероятностная математическая модель, созданная на основе учета влияния параметров функционирования системы на темпы укладки и уплотнения различных слоев асфальтобетонной смеси: эксплуатационная сменная производительность асфальтоукладчика, потребное число транспортных средств в транспортных операциях асфальтобетонной смеси, продолжительность работы асфальтосмесительной установки (АСУ) в сменное время.
Определены уравнения множественной регрессии для темпов укладки различных слоев асфальтобетонной смеси по параметрам функционирования системы в условиях неблагоприятных природно-климатических факторов с гористым и холмисто-увалистым рельефами местности.
Впервые разработана методика вероятностной оценки интенсивности использования асфальтоукладчика в сменное время при укладке различных слоев АБС.
Разработаны новые технические решения, обеспечивающие теплофизическую надежность доставки АБС и снижение ее температурной сегрегации на этапе транспортных операций.
Разработана методика оптимизации системы «асфальтоукладчик - транспортные средства -асфальтосмесительная установка» по технологическим условиям укладки и уплотнения верхнего слоя с наложением ограничений на избыточную организационно-технологическую надежность ее функционирования.
Теоретическая и практическая значимость работы.
-
Установленные корреляционные связи и выявленные закономерности параметров функционирования системы «асфальтоукладчик - транспортные средства -асфальтосмесительная установка» учитывают условия строительства асфальтобетонных покрытий с разделением по природно-климатическим факторам с гористым и холмисто-увалистым рельефами местности.
-
Разработанная вероятностная математическая модель параметров функционирования системы «асфальтоукладчик - транспортные средства - асфальтосмесительная установка» предназначена и обеспечивает определение уравнений множественной регрессии для темпов укладки различных слоев асфальтобетонной смеси в неблагоприятных условиях эксплуатации специализированных комплектов машин.
-
Разработанная методика расчета числа транспортных средств в транспортных операциях асфальтобетонной смеси создана с учетом прогнозируемых темпов укладки и теплофизической надежности доставки смеси.
-
Разработанная методика оптимизации состава специализированного комплекта машин создана на основе учета соответствия сменной эксплуатационной производительности асфальтоукладчика потребному составу транспортных средств и организационно-технологической надежности его функционирования.
Методология и методы исследования представляют собой комплекс эмпирических и теоретических методов исследования. Решение поставленных задач базируется на общепринятых теоретических положениях в области технологии строительства асфальтобетонных покрытий, практике строительства, методах и методиках оценки эффективного функционирования СКМ; методах системного анализа, математического моделирования, прогнозирования и оптимизации, а также методиках экономической оценки. В расчетах и обоснованиях использовались программные обеспечения: Visual Basic, KOMTTAC-3D, Statistics Microsoft Office.
Положения, выносимые на защиту:
-результаты экспериментально-статистических исследований закономерностей и связей параметров функционирования СКМ с учетом влияния совокупности неблагоприятных производственных условий и природно-климатических факторов;
-вероятностная математическая модель параметров функционирования системы «асфальтоукладчик - транспортные средства - асфальтосмесительная установка», учитывающая их влияние на темпы строительства различных слоев асфальтобетонной смеси;
-методика вероятностной оценки интенсивности использования асфальтоукладчика в сменное время при укладке различных слоев АБС;
-методика оптимизации системы «асфальтоукладчик - транспортные средства -асфальтосмесительная установка» при строительстве асфальтобетонных покрытий.
Достоверность исследований подтверждается:
достаточным числом наблюдений параметров функционирования СКМ, выполненными обоснованиями стационарности технологического процесса по параметру сменных объемов транспортируемой и укладываемой смеси;
корректностью применения апробированного математического аппарата многомерной математической статистики, корреляционного и регрессионного анализов;
оценками достоверности прогнозирования темпов укладки различных слоев АБС с экспериментальными данными.
Апробация результатов. Основные положения диссертации доложены и обсуждены на IV, V и VI Всероссийских научно-практических конференциях студентов, аспирантов и молодых ученых «Развитие дорожно-транспортного комплекса и строительной инфраструктуры на основе рационального природопользования» в 2009, 2010 и 2011 годах, на 2-й Межвузовской конференции студентов и аспирантов «Природные и интеллектуальные ресурсы Омского региона (Омскресурс-2-2012)» в 2012 году, на Международной 66-й научно-практической конференции «Ориентированные фундаментальные и прикладные исследования - основа модернизации и инновационного развития архитектурно-строительного и дорожно-транспортного комплексов России» в 2012 г., на заседании кафедры «ЭСМ и К» ФГБОУ ВПО «СибАДИ»в2012г.
Реализация результатов работы. Результаты исследований приняты к внедрению ЗАО НІЖ «Дорожно-Строительные Технологии» (г. Омск), ОАО «Дорожно-Строительное Управление № 1» (г. Бийск).
Публикации. По результатам исследований опубликовано 12 работ, из них три статьи в журналах, рекомендованных Высшей аттестационной комиссией РФ, один патент на изобретение, один патент на полезную модель, два свидетельства о регистрации электронного ресурса, одно свидетельство о государственной регистрации программы для ЭВМ.
Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, четырех глав, основных результатов и выводов, списка использованных источников, включающего 156 наименований, 12 приложений. Работа изложена на 195 страницах, включает 41 таблицу и 56 рисунков.
