К вопросу об автоматизации подбора
комплектов самоходных строительных кранов
Б.С. Мосаков,
доктор технических наук,
профессор Сибирского государственного
университета путей сообщения
С.А. Серегин,
аспирант-стажёр
кафедры "Строительная механика",
Сибирский государственный
университет путей сообщения
Подбор комплектов монтажных кранов для выполнения строительных работ является трудоёмким процессом и часто завершается
приближёнными результатами.
Объяснить это можно, во-первых, малым объёмом банка данных о кранах данного типа,
в результате чего приходится строить примерные графики зависимостей грузоподъёмности и высоты подъёма крюка крана
в зависимости от его вылета и для каждого варианта графически проверять грузоподъёмность и высоту крюка на требуемом
вылете в соответствии с рекомендациями большинства справочников, руководств и пособий [3-7].
Во-вторых, чаще всего один и тот же кран монтирует несколько видов монтажных элементов.
Например, один кран монтирует два типа элементов: А и Б. Если элемент А тяжелее элемента Б, но монтируется
на меньших вылете и высоте, то требуется проверить паспортные характеристики крана на соответствие требуемым
для монтажа А и монтажа Б, а это значит, что вероятность быстрого подбора крана заметно падает.
Если же один кран монтирует пять типоразмеров монтажных элементов разной массы на разных вылетах и высотах,
то работа по его подбору резко усложняется.
В этих случаях зачастую принимают чрезмерно мощный кран, ориентируясь на массу наиболее тяжёлого
элемента и наибольшие вылет и высоту подъёма крюка уже для другого элемента.
Следствием этого является неэкономичный выбор крана.
С целью повышения точности и эффективности расчётов был разработан алгоритм автоматизации выбора монтажных стреловых*
кранов, реализованный в среде Mathcad 2000 Professional в виде функции с набором входных и выходных параметров.
Входными параметрами являются: совокупность требуемых грузоподъёмностей для каждого вида элементов, монтируемых одним
краном, представленная в виде матрицы - столбца (вектора), а также векторы требуемых высот и вылетов крюка,
зависящих от типов элементов и вида проходки и определяемых заранее.
На выходе же получаем вектор паспортных характеристик того типа крана, который более других соответствует
требуемым характеристикам, т.е. оптимальный вариант.
Программа работает с простой базой данных, импортированных в Mathcad в виде объекта Excel.
В базу включены характеристики порядка 100 типоразмеров кранов, взятых из известных справочников [1-3],
что обеспечивает эффективный и достаточно экономичный подбор.
Для вычисления величины паспортной грузоподъёмности, а также высоты подъёма крюка на заданном вылете для крана
определённого типа были выведены зависимости высоты и грузоподъёмности от вылета крюка.
По сравнению, например, с руководством [5], где предлагается определять грузоподъёмность и высоту по аппроксимирующим
полиномам, приведённые ниже зависимости отличаются значительной простотой и практичностью применения.
Если в первом приближении рассматривать стрелу крана как прямую линию, соединяющую крюк с пятой при стянутом полиспасте,
то связь высоты подъёма крюка h и вылета крюка x определяется, согласно теореме Пифагора, следующим выражением: (1)
где Lc - длина стрелы, ех - расстояние от оси крана до пяты стрелы, еу - превышение пяты стрелы крана над уровнем его
стоянки, x - требуемый вылет крюка.
Однако, сверяясь со справочниками, нетрудно обнаружить, что закон (1) не выполняется, т.к. h'(Lmin) Hmax, и h'(Lmax)
Hmin (Lmin - наименьший вылет, Hmax - высота подъёма при наименьшем вылете, Lmax - наибольший вылет,
Hmin - высота подъёма при наибольшем вылете). Для соответствия паспортным характеристикам перепишем уравнение
(1) как (2)
где A и B - некоторые коэффициенты, при которых:
(3)
Решая систему (3) относительно коэффициентов A и B, получаем:
(4)
Аналогичным образом определяем зависимость грузоподъёмности крана от вылета крюка. Из условий соответствия паспортным
характеристикам крана, а также приблизительного постоянства момента опрокидывания получаем:
(5)
где Qmax - грузоподъёмность на наименьшем вылете,
Qmin - грузоподъёмность на наибольшем вылете.
Производя последовательный перебор всех типоразмеров кранов, имеющихся в базе данных, для каждого вида монтируемых
элементов программа вычисляет паспортную грузоподъёмность на заданном вылете по (5) и высоту подъёма крюка по (4).
В случае, если для всех монтируемых элементов вычисленные паспортные грузоподъёмность и высота крюка превышают
требуемые значения, а требуемый вылет лежит в пределах от Lmin до Lmax, производится вычисление критериев экономичности
(суть отношений требуемых и паспортных параметров) по формулам:
(6)
где N-количество типов конструктивных элементов, монтируемых одним краном;
Hiтреб -требуемая для монтажа i-го элемента высота подъёма крюка;
Hiпасп - вычисленная по (4) высота крюка на требуемом вылете;
Qiтреб - грузоподъёмность, требуемая для монтажа i-го элемента;
Qiпасп - вычисленная по (5) грузоподъёмность на требуемом вылете;
Liтреб - требуемый вылет крюка для монтажа i-го элемента;
Liпасп - наибольший вылет крюка по паспорту.
Далее определяется так называемый показатель эффективности варианта подбора крана:
(7)
Формулой (7) обусловливается преимущество критерия экономичности грузоподъёмности перед критериями высоты и вылета крюка,
так как чаще всего именно грузоподъёмность крана в большей степени влияет на его эксплуатационную и арендную стоимость.
Весовое соотношение критериев назначается экспертно и может быть изменено.
В процессе просмотра базы данных значения показателей эффективности подходящих по требуемым параметрам типов кранов,
а также порядковый номер соответствующей записи сохраняются в массиве. После обработки последнего в базе данных типоразмера
крана программа вычисляет максимальное по накопленному массиву значение и по номеру записи извлекает из базы данных
наименование и технические характеристики оптимального варианта крана, формируя матрицу выхода.
На этом процесс выбора завершается.
Блок-схема алгоритма представлена на рис.2.
Рассмотрим пример подбора кранов для монтажа трёхпролётного одноэтажного промышленного здания из сборного железобетона
с мостовыми кранами в среднем пролёте и двухэтажными бытовыми помещениями по всей длине здания в крайних пролётах.
Примем четыре типа кранов в комплекте в соответствии с параметрами монтируемых элементов и порядком их установки:
первый тип - для монтажа фундаментных и подкрановых балок, плит перекрытия и ригелей, а также для подачи поддонов
с кирпичом для возведения стен бытовых помещений,
второй тип - для установки фундаментных стаканов и колонн,
третий тип - для установки балок и плит покрытия,
четвёртый тип - специализированный кран для монтажа стеновых панелей.
Покажем работу алгоритма по подбору первого типа кранов.
Опуская предварительные выкладки, сведём значения требуемых
показателей в табл. 1.
Как видно из таблицы, наиболее тяжёлые элементы монтируются на наименьшем вылете крюка.
Напротив, элементы с меньшей массой монтируются на больших вылетах.
Таким образом, кран, подобранный по грузоподъёмности при монтаже ригелей, вылету
крюка для монтажа плит перекрытия и высоте подъёма крюка для монтажа подкрановых балок, был бы излишне мощным,
а следовательно, по меньшей мере неэкономичным.
Итак, получая набор требуемых параметров, программа выдаёт гусеничный кран Э-1254 (порядковый номер в базе данных - 51)
с характеристиками:
- Наименьший вылет крюка - 4,5 м;
- Наибольший вылет крюка - 11,9 м;
- Грузоподъёмность при наибольшем вылете крюка - 4,1 т;
- Максимальная грузоподъёмность - 13,9 т;
- Длина основной стрелы - 15 м;
- Высота подъёма крюка при наибольшем вылете - 10,4 м;
- Высота подъёма крюка при наименьшем вылете - 13,9 м;
При подборе крана по массе наиболее тяжёлого элемента (7,6 т) и максимальным высоте (10 м) и вылете (9,3 м) крюка
пришлось бы отбросить принятый вариант, т.к. график технологических параметров (рис. 3) не удовлетворяет этим условиям.
В этом случае был бы принят кран с чрезмерно большой грузоподъёмностью, что, безусловно, сказалось бы на его стоимости.
Таким образом, удаётся достаточно оптимально подобрать монтажный комплект, состоящий из нескольких кранов, основываясь
на минимуме данных о них.
Кроме того, для каждого конкретного крана в соответствии с его техническими характеристиками
можно установить наиболее рациональную сферу монтажных работ из всего комплекса монтажных процессов.
Список литературы:
1. Строительные краны: Справочник / В.П. Станевский, В.Г. Моисеенко, Н.П. Колесник и др. Киев, Будивэльнык, 1989.
2. Справочник по кранам: В 2 т. Т.2. Характеристики и конструктивные схемы кранов / М.П. Александров, М.М. Гохберг, А.А. Ковин и др. - Л.,Машиностроение, 1988.
3. И.З. Барч, Э.Н. Кутовой, А.М. Мармер, А.И. Романовский, Е.Т. Тройно. Строительные краны (Справочное пособие). 4-е изд., перераб. и доп. Киев, Будiвельник, 1994.
4. Кудрявцев Е.М. Комплексная механизация, автоматизация и механовооружённость строительства. М.: Стройиздат, 1989.
5. Оптимизация производственных процессов в строительном комплексе (выбор машин и механизмов): Учеб. пособие / А.А.Комаров, С.М.Кузнецов, Р.М.Брызгалова, Н.В.Холомеева; Сиб. гос. акад. путей сообщ. - Новосибирск, 1999.
6. Технико-экономическое обоснование выбора монтажных кранов и приспособлений. Учеб. пособие (для строит. вузов). М., Стройиздат, 1993.
7. Технология и комплексная механизация строительно-монтажных работ / А.В. Резуник, Ю.И. Беляков. - К.: Вища шк. Головное изд-во, 1987.
|
