Введение к работе
Актуальность темы исследования:
В условиях развивающейся рыночной экономики, когда транспортные операции определяют темпы экономического развития государства, можно с уверенностью прогнозировать увеличение объемов работ по строительству новых, ремонту и реконструкции уже существующих автомобильных дорог. Достижение целей подпрограммы «Автомобильные дороги» Федеральной целевой программы «Развитие транспортной сети России (2010-2020гг)» возможно только путем внедрения в дорожно-строительное производство высокотехнологичных ресурсосберегающих дорожно-строительных машин (ДСМ), современных методов оптимизации состава и режимов работы комплектов машин для строительства и ремонта асфальтобетонных покрытий автомобильных дорог.
Появление инновационных дорожно-строительных материалов и новых технологий устройства дорожных покрытий требуют от дорожно-строительных организаций комплексного подхода при решении задачи соблюдения технологических, температурных режимов и качества производства асфальтоукладочных работ.
Соблюдение температурных и технологических режимов при устройстве асфальтобетонных покрытий автомобильных дорог во многом зависит от бесперебойной работы транспортных средств комплекта машин. При этом режимы работы транспортных средств должны быть функционально взаимосвязаны с режимами работы ведущей машины комплекта, обеспечивая ее полную загруженность на всем этапе устройства дорожного покрытия.
В условиях усложнения производства и конструкции транспортных средств и ДСМ, сокращения сроков их морального старения с одной стороны и повышения возрастного состава существующих парков транспортных средств и ДСМ с другой стороны, назрела необходимость применения комплексной целевой программы при формировании комплектов машин для устройства асфальтобетонных покрытий, учитывающей технико-экономические показатели машин и их конструктивные особенности, эксплуатационные условия осуществления работ, организационно-технические мероприятия и свойства применяемых дорожно-строительных материалов.
Разнообразие существующих видов и типов транспортных средств для доставки горячей асфальтобетонной смеси от АБЗ к месту проведения работ и ДСМ для устройства асфальтобетонных покрытий, отсутствие обоснованных рекомендаций их применения на основании взаимосвязи технического состояния применяемых транспортных средств и ДСМ, условий окружающей среды, физико-механических и теплофизических свойств применяемых асфальтобетонных смесей, влияние энерго- и ресурсосберегающих технологий устройства дорожного покрытия на эффективность применения высокотехнологичных машин, позволяет считать, что разработка методов оптимизации состава и режимов работы комплекта машин для устройства асфальтобетонных покрытий автомобильных дорог является актуальной научно-практической задачей.
Степень разработанности темы исследования:
Научные основы теории надежности сложных технических систем и комплексной механизации в дорожно-строительном производстве заложены в исследованиях ведущих ученых отрасли: Т.В. Алексеевой, К.А. Артемьева, В.И. Баловнева, В.Я Дворкового, А.И.
Доценко, В. А. Зорина, В.Н.Иванова, И.Н.Кравченко, Б.Г.Кима, Е.М. Кудрявцева, А.Н.Максименко, В.Б. Пермякова, А.С. Проникова и многих других ученых.
Анализ результатов научных исследований ведущих ученых отрасли показал, что основной целью исследований является оптимизация технологических процессов дорожн-строительных и ремонтных работ, а также повышение эффективности применения средств механизации. Эти задачи решаются по-разному за счёт повышения надежности применяемых дорожно-строительных машин путем внедрения диагностики и применения современных инновационных ремонтных материалов; благодаря внедрению высокотехнологичных, ресурсосберегающих машин, позволяющих экономить применяемые строительные материалы, повышать темп проведения работ, улучшать показатели качества дорожного покрытия, что в свою очередь, ведет к снижению себестоимости готовой продукции и капитальных затрат на осуществление строительных и ремонтных работ в целом. Проведенный анализ существующих комплектов ДСМ, технологий осуществления строительства и ремонта дорожных покрытий, применяемых дорожно-строительных материалов выявил недостаточность научной проработки в области оптимизации состава и обоснования эффективности применения комплектов машин для устройства асфальтобетонных покрытий автомобильных дорог.
Цель диссертационной работы: разработка методов оптимизации состава и режимов работы комплекта машин для устройства асфальтобетонных покрытий автомобильных дорог с учетом технического состояния машин, условий окружающей среды, физико-механических и теплофизических свойств асфальтобетонных смесей
Основные задачи исследования, в соответствии с целью состояли в следующем
-
Провести анализ существующих видов комплектов машин для устройства асфальтобетонных покрытий автомобильных дорог и эффективности их применения с учетом отечественных и зарубежных тенденций развития.
-
Исследовать факторы, влияющие на эффективность применения комплекта машин для строительства и ремонта асфальтобетонных покрытий автомобильных дорог.
-
Определить критерии оптимизации состава и режимов работы комплекта машин для устройства асфальтобетонных покрытий автомобильных дорог.
-
Разработать принцип технологического обеспечения процесса устройства асфальтобетонных покрытий автомобильных дорог с учетом технического состояния машин комплекта, условий окружающей среды, физико-механических и теплофизических свойств асфальтобетонных смесей.
-
Разработать математические модели оптимизации состава и режимов работы комплекта машин для устройства асфальтобетонных покрытий автомобильных дорог.
-
Разработать программное обеспечение оптимизации состава и режимов работы комплекта машин для устройства асфальтобетонных покрытий автомобильных дорог на основе оригинальных моделей оптимизации составов и режимов работы комплектов машин, полученных в результате теоретических и экспериментальных исследований.
-
Разработать систему конструкторских, технологических и организационно-технических мероприятий по повышению эффективности процессов устройства асфальтобетонных покрытий.
Объект исследования: комплект машин для устройства асфальтобетонных покрытий автомобильных дорог.
Предмет исследования: режимы работы транспортных средств, осуществляющих доставку горячих асфальтобетонных смесей от АБЗ к месту проведения работ и ДСМ для устройства асфальтобетонных покрытий автомобильных дорог.
Методология и методы исследования:
Применяемые методы базируются на основных положениях теории надежности сложных технических систем, теории информации, САПР, уравнениях математической физики, теории вероятности, теории подобия, методов планирования эксперимента, на результатах экспериментальных исследований режимов работы комплектов машин.
Исследование заключается в анализе путей повышения эффективности применения комплекта машин для устройства асфальтобетонных покрытий автомобильных дорог в зависимости от технического состояния машин, условий окружающей среды, физико-механических и теплофизических свойств асфальтобетонных смесей, а также используемых способов и средств их термоизоляции в процессе транспортировки.
Теоретические и экспериментальные исследования проводились автором в ФГБОУ ВПО «Московский автомобильно-дорожный государственный технический университет (МАДИ)» на кафедрах «Производство и ремонт автомобилей и дорожных машин» и «Дорожн-строительные материалы», в ЗАО «Шоссе» в период с 2013 по 2015гг.
Научная новизна работы заключается в теоретическом и экспериментальном обосновании оптимального состава и режимов работы комплекта машин для устройства асфальтобетонных покрытий автомобильных дорог с учетом технического состояния машин, условий окружающей среды, физико-механических и теплофизических свойств асфальтобетонных смесей.
Разработаны научно-обоснованные методы оптимизации состава и режимов работы комплекта машин для устройства асфальтобетонных покрытий автомобильных дорог, учитывающие техническое состояние транспортных средств и ДСМ для устройства асфальтобетонных покрытий, условия окружающей среды, физико-механические и теплофизические свойства асфальтобетонных смесей различных типов.
Предложены алгоритм и программное обеспечение оптимизации состава и режимов работы комплекта машин для устройства асфальтобетонных покрытий автомобильных дорог.
Теоретическая и практическая значимость диссертационной работы:
-
Разработанные в диссертации подходы, модели и методы ориентированы на практическое применение и способствуют повышению уровня механизации в дорожн-строительной отрасли при устройстве асфальтобетонных покрытий путем обоснованного выбора состава и режимов работы комплекта ДСМ.
-
Получены данные экспериментальных исследований влияния способа и средств термоизоляции асфальтобетонных смесей в процессе транспортировки, теплофизических и физико-механических свойств асфальтобетонных смесей различных типов, условий окружающей среды и дорожных условий на режим работы транспортных средств и дальность транспортировки асфальтобетонных смесей от АБЗ к месту укладки.
-
Предложен алгоритм оптимизации состава и режимов работы комплекта машин для устройства асфальтобетонных покрытий с учетом технического состояния транспортных средств и ДСМ, режимов их работы, условий окружающей среды, применяемых асфальтобетонных смесей и дальности их транспортировки от АБЗ к месту укладки, конструктивных особенностей дорожного покрытия, а также экономической эффективности
применения состава комплекта машин для устройства асфальтобетонных покрытий автомобильных дорог.
-
Разработано программное обеспечение оптимизации состава и режимов работы комплекта машин для устройства асфальтобетонных покрытий автомобильных дорог.
-
Предложены рекомендации эксплуатирующим и дорожно-строительным организациям по повышению эффективности применения комплектов машин для устройства асфальтобетонных покрытий автомобильных дорог с учетом вероятностных параметров простоев машин комплекта по техническим и организационным причинам.
Положения, выносимые на защиту:
-
Результаты системного анализа факторов, влияющих на эффективность применения транспортных средств и ДСМ комплекта для устройства асфальтобетонных покрытий автомобильных дорог: техническое состояние машин, условия окружающей среды, физико-механические и теплофизические свойства асфальтобетонных смесей, способы термоизоляции асфальтобетонных смесей
-
Теоретические положения, содержащие математическую модель, описывающую процесс остывания асфальтобетонных смесей при их транспортировке от АБЗ к месту укладки.
-
Результаты экспериментальных исследований режимов работы транспортных средств комплектов ДСМ при доставке горячих асфальтобетонных смесей различных типов.
-
Принцип технологического обеспечения процесса устройства асфальтобетонного покрытия автомобильных дорог с учетом технического состояния машин комплекта, условий окружающей среды, физико-механических и теплофизических свойств асфальтобетонных смесей
-
Математические модели оптимизации состава и режимов работы комплекта машин для устройства асфальтобетонных покрытий автомобильных дорог.
-
Методика формирования оптимального состава и режимов работы комплекта машин для устройства асфальтобетонных покрытий автомобильных дорог.
-
Программное обеспечение оптимизации состава и режимов работы комплекта машин для устройства асфальтобетонных покрытий автомобильных дорог.
Степень достоверности и апробации работы:
Достоверность результатов подтверждается согласованием выводов теоретического анализа с результатами экспериментальных исследований и расчетов разработанного программного обеспечения оптимизации состава и режимов работы комплекта машин для устройства асфальтобетонных покрытий автомобильных дорог.
Диссертационная работа выполнена в рамках проектной части Государственного Задания в сфере научной деятельности за 2014-2015 год (проект №Б1124214) и ГРАНТа в рамках программы стратегического развития МАДИ за 2014 год (проект №2.4.1/12).
Результаты диссертационной работы были изложены в научной работе, отмеченной дипломом I степени в научной секции «Строительные и дорожные машины» Международного конкурса научных работ студентов, магистрантов и аспирантов 2014-2015 учебного года высших учебных заведений и факультетов дорожного профиля.
Эффективность теоретических и экспериментальных результатов подтверждена актами и заключениями о внедрении результатов диссертационной работы (Приложение В):
- На предприятии ЗАО «Шоссе» при осуществлении планирования транспортировки горячих асфальтобетонных смесей.
- На предприятии ОАО ДЭП №19 при осуществлении планирования транспортировки
горячих асфальтобетонных смесей.
На предприятии ОАО «Управление механизации №4» при осуществлении формирования состава транспортного звена комплекта машин для устройства асфальтобетонных покрытий автомобильных дорог и выборе режимов работы транспортных средств и ДСМ.
В учебном процессе ФГБОУ ВПО «Московский автомобильно-дорожный государственный технический университет (МАДИ)» при подготовке специалистов по направлению 23.05.01«Наземные транспортно-технологические средства», профиль «Подъёмно-транспортные, строительные, дорожные средства и оборудование», при подготовке бакалавров по направлению 23.03.02 «Наземные транспортные технологические комплексы», профиль «Подъёмно-транспортные, строительные, дорожные машины и оборудование», магистров по направлению 23.04.02 «Наземные транспортно-технологические машины и комплексы», при выполнении аспирантами научно-исследовательских работ.
Основные положения работы докладывались и обсуждались на следующих конференциях, семинарах, выставках:
- Научно-методических научно-исследовательских конференциях №№ 71, 72,73 МАДИ
2013-2015гг.
XVI Московской международной межвузовской научно-технической конференции студентов, аспирантов и молодых ученых «Подъемно-транспортные, строительные, дорожные, путевые машины и робототехнические комплексы», Московский государственный университет путей сообщения (МИИТ), Москва, Россия, 2012г.
Международной научно-технической конференции «Интерстроймех-2012» Ижевск, Россия, 2-4 октября 2012 года.
- Международной научно-технической конференции молодых ученых «Новые
материалы, оборудование и технологии в промышленности» ГУ ВПО «Белорусско-Российский
университет», Могилев, Республика Беларусь, 2012г.
Третьем Всероссийском дорожном конгрессе «Модернизация и научные исследования в дорожной отрасли», ФГБОУ ВПО «Московский автомобильно-дорожный государственный технический университет (МАДИ)», Москва, Россия, 2013 г.
XVII Московской международной межвузовской научно-технической конференции студентов, аспирантов и молодых ученых «Подъемно-транспортные, строительные, дорожные, путевые машины и робототехнические комплексы», Московский государственный строительный университет, Москва, Россия, 2013г.
Международной научно-технической конференции «Интерстроймех-2013» Новочеркасск, Россия, 1-2 октября 2013 года.
Республиканской научно-технической конференции аспирантов, магистрантов и студентов «Инновация в технике и технологии дорожно-транспортного комплекса», Белорусский национальный технический университет, Минск, Республика Беларусь, 11-12 апреля 2013 года.
Международной научно-технической конференции «Материалы, оборудование и ресурсосберегающие технологии», ГУ ВПО «Белорусско-Российский университет», Могилев, Республика Беларусь, 18-19 апреля 2013года.
XVIII Московской международной межвузовской научно-технической конференции студентов, аспирантов и молодых ученых «Подъемно-транспортные, строительные, дорожные, путевые машины и робототехнические комплексы», ФГБОУ ВПО «Московский автомобильно-дорожный государственный технический университет (МАДИ)», Москва, Россия, 2014г.
Международной научно-технической конференции «Интерстроймех-2014» Самара, Россия, 9-11 сентября 2014 года.
XIX Московской международной межвузовской научно-технической конференции студентов, аспирантов и молодых ученых «Подъемно-транспортные, строительные, дорожные, путевые машины и робототехнические комплексы», МГТУ им. Н.Э. Баумана, Москва, Россия, 9 апреля 2015 года.
Международной научно-технической конференции «Интерстроймех-2015» Казань, Россия, 9-11 сентября 2015 года.
Публикации:
По теме диссертации опубликовано 14 научных работ, из них 7 работ опубликовано в изданиях, входящих в перечень ВАК для кандидатских диссертаций. По результатам работы получен Патент на полезную модель. В печатных работах подробно изложено содержание всех основных разделов диссертации, выводы и результаты работы.
Структура и объем диссертации:
Диссертация состоит из введения, четырех глав, основных выводов и результатов, списка литературы и приложений. Диссертация содержит: 221 страницу текста, включающих 16 таблиц, 33 иллюстрации, 3 приложения на 58 страницах. Список литературы содержит 116 наименований.