Таиров Ж.Л., Кайнарбеков А. К.

КУПС, г Алматы, Республика Казахстан

МАТЕМАТИЧЕСКАЯ МОДЕЛЬ ПОСТРОЕНИЯ ЗЕМЛЕРОЙНО-СТРОИТЕЛЬНЫХ МАШИН

В современный период времени (начало ХХIвека) резко увеличивается масштаб применения некоторых землеройно – строительных машин (ЗСМ), к которым относятся бульдозеры. Этот факт обуславлавливается тем, что бульдозеры все шире эксплуатируются при разработке россыпных месторождений полезных ископаемых во многих горнодобывающих странах мира: США, Канада, Китай, Россия, Австралия, Новая Зеландия, Южная Африка, Бразилия, Чили, Венесуэла и т.д. При этом при эксплуатации россыпных месторождений добывается около 90% золота, серебра, платины, вольфрама, молибдена и редких металлов [1]. Также бульдозеры широкомасштабно применяются при разработке торфа, являющегося основным сырьем для тепловых электростанций [2].

Существующие варианты конструкций бульдозеров, производимых в разных странах мира, приведены на рисунке 1.

а) бульдозер Катерпиллер (США) б) бульдозер Коматсу (Япония)

в) бульдозер (Германия) г) бульдозер(Россия, Беларусь)

Рисунок 1. Конструкции различных современных бульдозеров:

а) бульдозер Катерпиллер(США); б) бульдозер Коматсу (Япония);

в) бульдозер (Германия); г) бульдозер (Россия, Беларусь).

Переход от существующего облика (начального состояния) совокупности машин к его новому облику перспективного состояния машин осуществляется с целью повышения эффективности (результативности) их эксплуатации. Эффективность определяется как отношение полученного эффекта к затратам, вложенными на его достижение, либо для достижения того и другого, то есть требующегося эффекта с возможно меньшими экономическими и материальными затратами.

Для расчета реальных экономических параметров бульдозера нужно иметь информацию о значениях параметров существующей и предполагаемой перспективной машины. В общем виде методологический подход к обоснованию и выбору рационального варианта облика машины основывается на основных принципах системного анализа и синтеза сложных структур по критерию "эффективность-стоимость" [3].

Решение задачи экономической оценки вариантов облика перспективного бульдозера должно осуществляться методом двухуровневой оптимизации по схеме многокритериального анализа альтернатив. В качестве частных показателей эффективности бульдозера при его эксплуатации выступает экспертный анализ оценки вариантов решения по результатам патентно-информационного поиска. На основе преобразования результатов экспертного анализа предложено учитывать следующие показатели оценки эффективности бульдозера: (Х₁) – адаптивность, т.е. свойство приспособляемости к условиям эксплуатации; (Х₂) –ремонтопригодность, т.е. качество, заключающееся в приспособленности к восстановлению исправности конструктивных элементов бульдозера путем предупреждения, обнаружения и устранения неисправностей и отказов их; (Х₃) – долговечность, т.е. свойство изделия длительно (с возможными перерывами на ремонт) сохранять работоспособность в определенных условиях эксплуатации до разрушения или другого предельного состояния; (Х₄) – безотказность машин, т.е. свойство изделия непрерывно сохранять работоспособность в определенных режимах и условиях эксплуатации; (Х₅) –экономичность, т.е. выполнение технологических операций с наименьшими затратами; (Х₆) – производительность, т.е. скорость выполнения производственных операций; (Х₇) –сложность системы управления, т.е. количество уровней управления; (Х₈) –срок службы конструктивных элементов ходовой части и механизмов передвижения бульдозера; (Х₉) –качество структурно-кинематических схем исполнительных механизмов бульдозера, т.е. возможность точного воспроизведения запрограммированного движения бульдозера и распределения усилий между звеньями его конструкции.

В данной модели первые девять критериев (X₁) – (X₉) составляют базовую часть. Для получения более полного представления об эффективности строительных машин предложен дополнительный параметр к базовой модели – (X₁₀) - степень восприятия конструктивного решения машины инновационными изменениями, проводимыми в соответствии с требованиями ее эффективного функционирования.

Матрица основных эксплуатационных параметров математической модели перспективного облика ЗСМ на примере бульдозера, эксплуатируемого при разработке грунта (россыпи, торф), представлена в виде наличия эксплуатационных параметров обозначено "1", а отсутствие их – "0".

В процессе разработки и создании математическоймодели построения перспективного облика ЗСМ на примере бульдозера функционально-структурная оценка его сведена к решению задачи: свёрстка системы частных критериев в обобщенный критерий требующегося эффекта (эффективности).

Данные критерии характеризуют структуру, надежность, адаптивность к условиям технологического процесса, производительность, оснащенность сменными рабочими органами, систему управления, инфраструктуру и всестороннее обеспечение запасными частями и др. Они во многом определяют функциональные и экономические параметры ЗСМ на примере бульдозера, которые связаны с затратами, необходимыми для реализации мероприятий по достижению ее цели и поддержанию функциональных показателей на необходимом уровне.

Графическое представление процесса формирования перспективного облика бульдозера представлено на рисунке 2.

Т(время)

L_H– существующей облик бульдозера; L_k- перспективный облик бульдозера

Рисунок 2. Графическое представление процесса формирования перспективного облика бульдозера.

Реализация алгоритма выбора многих критериев заключается в построение обобщенного критерия путем линейной свертки критериев. Он сводится к тому, что обобщенный критерий выражается как линейная комбинация значений остальных критериев:

U(x)=∑w_ix_i, (1)

где: w_i – вес (важность)i-го критерия, назначенный экспертами;

x_i – количественная оценка по Xi-му критерию.

Структура облика бульдозера изменяется за счет проводимых мероприятий, направленных на увеличение значения того или иного его параметра. Решение задачи сводится к тому, чтобы перестроить структуру состояния облика бульдозера, стремясь приблизить ее к конечному, целевому состоянию.

Экономическая часть расчетного блока излагаемой методики начинается с определения потребности финансовых средств для реализации плана формирования нового облика бульдозера в полном объеме и времени, необходимого для достижения этой цели при заданном уровне финансирования, которые определяются по формуле:

Ф=∑(K_i– C_i)∙S_i , (2)

где Ф – потребность в дополнительных финансовых средствах для реализации программы формирования нового облика бульдозера при заданном уровне финансирования; K_i- значение i – ого параметра перспективного облика бульдозера; C_i- значение i – ого параметра существующего облика бульдозера; S_i- цена за единицу i – ого мероприятия формирования нового облика бульдозера.

Срок Т, в течение, которого будет реализована программа формирования нового облика бульдозера, определяется по формуле:

Т =Ф/F, (3)

где Т – срок, в течение которого будет реализована программа формирования нового облика бульдозера;

Ф – потребность в дополнительных финансовых средствах для реализации программы формирования перспективного облика бульдозера при заданном уровне финансирования.

После этого рассчитывается норма отклонения начального состояния существующего облика бульдозера от его конечного целевого состояния, выраженная в процентах, которая определяется по формуле:

N = (∑ C_i /K_i)/I, (4)

где N –норма существующего состояния облика бульдозера;

I – общее количество параметров, характеризующих структуру существующего облика бульдозера.

Окончательное решение задачи сводится к поиску максимального значения нормы отклонения достигнутых параметров состояния перспективного облика бульдозера при заданном уровне финансирования:

H → max;

H = (∑P_i/K_i) / I; (5)

и

F = ∑ (P_i – C_i)∙S_i, (6)

где H–норма достигнутого состояния перспективного облика бульдозера;

P_i–значение i – ого параметра достигнутого перспективного облика бульдозера;

S_i–цена за единицу i – ого мероприятия формирования перспективного облика бульдозера;

F–заданный уровень (выделенное) финансирования на формирование перспективного облика бульдозера в течение определенного периода времени (как правило, в течение одного года);

K_i–значениеi – ого параметра конечного, целевого перспективного облика бульдозера;

C_i–значениеi – ого параметра существующего облика бульдозера;

i –порядковый номер параметра структуры существующего облика бульдозера.

Список использованных источников:

1. И.Б.Флеров. Россыпи /Горная энциклопедия. Том 4 (Ортиа-Социосфера). – М: Издательство: «Советская энциклопедия». 1989. С.400.

2. И.Ф.Ларин. Торф. /Горная энциклопедия. Том 5 (СССР-Яшма). – М.: Издательство «Советская энциклопедия». 1991. С. 166-171.

3. Т.Т. Кайым. Адаптирующиеся многоцелевые рабочие органы строительных и дорожных машин. /Монография. – Алматы, 1998. 148 с.

4. Т.Т.Кайым, Г.Т.Каимова, Ж.Л.Таиров //Структурно- кинематический синтез параметров адаптивного исполнительного механизма РО ПТСДМ. Научный журнал - «Поиск» МОиНРК № 2 (2)/ г.Алматы- 2013г., с.17-22.

5. Т.Т.Кайым, Ж.Л. Таиров //Обоснование и выбор параметров адаптирующихся подвески механизма навесного оборудования бульдозера. Сборник материалов международной конференций «Посвященной 90-летию академика О.Д. Алимова»- г. Бишкек, 2013г., с.31-35.

6. Т.Т.Кайым, С.М.Сейтбаталов, Е.И. Шокаев/Механизация перегрузочных работе на транспорте. Монография. – Алматы, 2002. 323 с.

7. Т.Т. Кайым, С.У.Джолдасбеков, М.С.Джуматаев, В.Ф. Грибанов, Ж.Л. Таиров и др. Положительное решение на выдачу инновационного патента на изобретение по заявке №1361. «Бульдозерное оборудование». РК. Астана. 2015г. 17 с.