Обоснование состава землеройно-транспортных комплексов с учетом измерения условий работы и возраста машин: На примере нефтедобывающего предприятия Сибири

Актуальность темы

При производстве земляных работ широкое применение находят землеройно-транспортные комплексы (ЗТК), в составе которых основными грунторазрабатывающими машинами являются одноковшовые экскаваторы, а транспортными средствами — автосамосвалы. При этом дальность транспортирования грунта может достигать значительных величин (15−50 км), а условия работы ЗТК под влиянием природно-климатических и других факторов существенно изменяться. Большие дальности транспортирования грунта приводят к значительному количеству автосамосвалов в составе ЗТК, в результате чего в стоимости земляных работ 90% и более составляют затраты на транспортирование грунта. Эффективность работы ЗТК, кроме обеспечения рационального взаимодействия транспортных средств с ведущей машиной — экскаватором во многом зависит от надежности функционирования машин, входящих в состав ЗТК. Как подтверждает практика, показатели надежности машин во многом зависят от их возраста. Указанные особенности условий работы и состав ЗТК характерны для нефтегазодобывающих предприятий (НП) Западной Сибири, где выполняются большие объемы земляных работ по отсыпке подъездных автомобильных дорог и рассредоточенных кустовых площадок из насыпного грунта для размещения буровых установок и нефтепромыслового оборудования.

Поскольку типоразмеры машин ЗТК действующих НП определились формированием и развитием их машинных парков, основными путями повышения эффективности работы ЗТК является рациональное его количественное комплектование транспортными средствами и оперативное управление составом ЗТК при изменении условий работы с учетом технического состояния (возраста) машин. Однако получение необходимых исходных данных для обоснования методики расчета состава ЗТК требуют проведения исследований влияния указанных факторов на их количественный состав и эффективность работы.

Цель исследования — обосновать методику расчета состава ЗТК с учетом возраста машин и изменения условий их работы на примере НП, а также разработать предложения по созданию системы оперативного управления работой ЗТК.

Задачи исследования:

• получить аналитические зависимости производительности машин ЗТК от их технического состояния (возраста), выраженные через временные интервалы показателей надежности и коэффициенты технического использования машин Кти;

• определить закономерности изменения величин Кти и производительности машин ЗТК в зависимости от их возраста на основе статистического анализа показателей работы ЗТК в условиях НП;

• разработать алгоритм определения состава ЗТК с учетом условий работы и возраста машин, а также разработать программное обеспечение расчетов;

• выполнить имитационное моделирование работы ЗТК с учетом изменения факторов, влияющих на состав ЗТК;

• произвести ранжирование факторов условий работы ЗТК по их значимости;

• дать методику расчета состава ЗТК и предложения по созданию системы оперативного управления работой ЗТК.

Научная новизна работы заключается :

• в оценках производительности экскаваторов, дорожно-строительных машин и автосамосвалов с учетом их технического состояния (возраста);

• в статистических зависимостях коэффициентов технического использования машин ЗТК и их производительности от сроков эксплуатации;

• в математических моделях работы ЗТК и результатах их анализа.

Практическая значимость работы заключается:

• в методике расчета состава ЗТК с учетом условий их работы и возраста машин, а также предложениях по созданию системы оперативного управления работой ЗТК;

• в программном обеспечении моделирования работы ЗТК и расчета их состава.

Реализация результатов работы.

Работа выполнялась на базе анализа производственной деятельности ДОАО «Пурнефтеспецстрой» ОАО «Роснефть-Пурнефтегаз» (г.Губкинский, ЯНАО) за период 1991;1998 г. г. Результаты работы приняты к реализации фирмой «Нова-Север» ОАО «Самарское народное предприятие» и ОАО «Роснефть-Пурнефтегаз» .

Апробация работы.

Основные положения работы докладывались и обсуждались на международной научно-технической конференции «Повышение эффективности работы колесных и гусеничных машин в суровых климатических условиях эксплуатации» (г. Тюмень, 1996 г.), на международной научно-практической конференции «Развитие транспортно-технологических систем в современных условиях» (г. Нижний Новгород, 1997 г.), на заседаниях секции механизации транспортного строительства, строительных машин и оборудования Ученого совета ОАО «ЦНИИС» (г. Москва, 1999 г.).

Публикации.

Основные положения диссертации опубликованы в 4-х печатных работах.

Объем и структура работы.

Диссертация состоит из введения, 4-х глав, основных выводов, списка литературы и приложений. Объем основного текста 157 стр. с рисунками и.

Основные результаты и выводы.

1. Эксплуатация землеройно-транспортных комплексов нефтегазодобывающих предприятий Западной Сибири происходит в сложных природно-климатических и грунтовых условиях с изменяющимися параметрами на рассредоточенных строительных объектах. Это в итоге приводит к неполной реализации конструктивно-технических возможностей машин и требует совершенствования оперативного управления работой ЗТК на базе современных компьютерных систем, что должно также повысить уровень проектирования организации и эффективность работ на новых строительных объектах.

2. Обзор существующих исследований подтверждает их актуальность в указанном направлении на основе положений теории производительности землеройно-транспортных машин и анализа влияющих на нее факторов. Некоторые из этих факторов исследованы недостаточно и требуют для их оценок проведения статистического анализа данных эксплуатации машин, входящих в ЗТК, в условиях нефтегазодобывающего предприятия. К ним относятся, например, величины коэффициентов, зависящих от временных интервалов работы, ремонта, ТО и простоевзависимости коэффициентов использования машин ЗТК от их типа и срока эксплуатации и др.

3. Проведенный анализ статистической модели эксплуатации машинного парка ЗТК в условиях НП дал следующие результаты:

— парк ЗТМ, выполняющих основные объемы земляных работ по образованию кустовых площадок под буровое оборудование, составляют одноковшовые гидравлические экскаваторы 4−5-й размерных групп и автосамосвалы грузоподъемностью 12−15 т. Срок эксплуатации машин от I до 10 лет, средний возраст 5 лет (экскаваторы) и 6 лет (автосамосвалы);

— коэффициенты технического использования машин, как и показатели их выработки, снижаются с повышением возраста техники по зависимостям (2.2),.

2.3), (2.10), (2.11), (2.12), стремясь к нулю при возрасте машин 20 лет;

— коэффициенты использования машин по времени, как в течение года, так и в течение смены, с повышением их возраста также снижаются по зависимостям (2.7), (2.8), (2.9).

В формулах перехода от технической к эксплуатационной производительности машин рекомендуется использовать выражение (1.5) для определения коэффициента Л*д с учетом коэффициента Кти.

Полученные зависимости рекомендуется использовать при математическом моделировании работы ЗТК НП.

4. Исходным условием согласованной работы машин ЗТК является равенство технических производительностей головной машины — экскаватора и обслуживающих ее автосамосвалов (3.1), из которого по функционалу (3.11) может быть определено необходимое количество автосамосвалов па с учетом грунтовых условий работы экскаватора, дорожных условий движения автосамосвалов, дальности возки грунта и квалификации машиниста экскаватора и водителей автосамосвалов.

5. С учетом возраста техники (технического состояния машины) необходимое количество автосамосвалов должно определяться по формуле (3.13) с поправкой на соотношение коэффициентов технического использования экскаватора и автосамосвалов (функционал пати)• При прочих равных условиях технико-экономическая эффективность работы ЗТК в основном определяется величиной функционала пати.

6. Расчеты показывают, что в условиях НП для одних и тех же типоразмеров экскаватора и автосамосвалов, заданных грунтовых условиях и средней дальности возки грунта 10 км необходимое количество автосамосвалов в зависимости от изменения состояния забоя экскаватора, дорожных условий движения автосамосвалов и квалификации обслуживающего машины персонала может изменяться почти в 4 раза. С учетом возраста техники эта величина может возрастать, что необходимо учитывать при планировании производства земляных работ и организации оперативного управления ими.

7. На основе системного подхода к решению задачи планирования работы ЗТК и эффективного управления ею разработаны алгоритмы вычисления функционалов Па и пати (системная модель ЗТК), рекомендуемые для расчетов и анализа на базе ПЭВМ.

8. На основе алгоритма, разработанного в главе 3, создано программное обеспечение расчетов необходимого количества автосамосвалов для работы ЗТК в различных условиях эксплуатации. Программа расчетов позволяет производить на ПЭВМ оперативные расчеты с сопоставлением вариантов. Сравнительные расчеты отдельных вариантов подтверждают существенные изменения количества автосамосвалов в зависимости от состава ЗТК и условий их применения.

9. Анализ технического согласования параметров машин ЗТК (рациональных соотношений вместимостей платформ автосамосвалов и ковшей экскаваторов) показывает, что эта величина зависит не только от типоразмера экскаватора, но и от фактора движения, т. е. дальности транспортирования грунта и времени обслуживания автосамосвала (операций загрузки).

10. Анализ имитационной модели работы ЗТК в вероятных интервалах изменения факторов дал следующие результаты.

Для производительности экскаватора наиболее значимыми факторами являются вместимость ковша, техническое состояние машины (возраст), а также время цикла и категория разрабатываемого грунта.

Для производительности автосамосвалов наиболее значимыми факторами являются дальность транспортирования грунта, уклон дороги, а также грузоподъемность, мощность двигателя и техническое состояние (возраст) машины, коэффициент сопротивления качению, объемный вес грунта.

Полученные на основе имитационного моделирования уравнения регрессии производительности экскаватора и автосамосвалов подтверждают их адекватность и дают результаты расчетов, достаточно близко совпадающие с результатами расчета по ранее разработанной программе (приложение 1).

11. Разработанные математические модели и их программное обеспечение рекомендуются в качестве основы для разработки и создания компьютерной системы планирования, организации и оперативного контроля работы ЗТК при выполнении земляных работ в условиях нефтегазодобывающего предприятия и в аналогичных условиях.

12. Анализ сравнительных стоимостей экскавации и транспортирования грунта ЗТК по производственным оценкам НП показывает, что общая стоимость единицы объема грунта замедленно возрастает по мере увеличения дальности его транспортирования, однако удельная стоимость разработки и л транспортирования 1 м грунта, отнесенная к 1 км пути транспортирования, при этом снижается.

Стоимость экскавации грунта в общей стоимости земляных работ при дальности транспортирования грунта 1−17 км составляет от 12 до 3%.

Эти данные подтверждают экономическую целесообразность совершенствования методов выбора состава ЗТК и, в первую очередь, необходимых обоснований требуемого количества автосамосвалов для обслуживания одного экскаватора.