CC BY
23
Вісник ПДАБА
НАУКОВІ ДОСЛІДЖЕННЯ
УДК 69.059.7:624.012.35
ПЕРСПЕКТИВИ ЗАСТОСУВАННЯ МЕТОДИКИ ОЦІНКИ ЕНЕРГОЗАТРАТ ДЛЯ УДОСКОНАЛЕННЯ ДЕЯКИХ ПРОГРЕСИВНИХ ТЕХНОЛОГІЙ БУДІВЕЛЬНО-МОНТАЖНИХ РОБІТ
А. М. Березюк, к. т. н., проф., В. Т. Шаленний, д. т. н., проф., О. А. Біцоєва, здобувач,
Л. В. Кислиця, асп.
Ключові слова: енергоефективність, енергетичні витрати, металеві силоси, опалубка
Постановка проблеми. З огляду на соціально-економічні проблеми - енергозбереження та зайнятість населення - наша держава має обирати ті технології і обладнання, які передбачають використання висококваліфікованих фахівців будівельного профілю, може, навіть їх більшої кількості, та відмовлятися від технологій, що використовують важку фізичну працю, яка завжди і менш безпечна. Адже праця будівельників поки що дуже часто ще є мало привабливою, важкою та небезпечною, навіть із використанням здавалось би, прогресивних закордонних технологій. Враховуючи це, нам, з одного боку, слід вибирати, розробляти і використовувати ті будівельні технології та матеріали, які забезпечують зменшення енерговитрат на різних, перш за все, визначальних етапах життєвого циклу будівельного об’єкта - від виробництва матеріалів і конструкцій, їх транспортування та спорудження до експлуатації, реконструкції, а потім і ліквідації [7]. З цієї точки зору нам здається доцільним подальший розвиток теорії оцінки енергетичної ефективності сучасних будівельно-монтажних робіт та її використання для пошуку напрямків удосконалення найбільш перспективних з них.
У колишньому СРСР цей підхід пропонували використовувати проф. Р. Б. Тян та
В. Р. Млодецький при раціоналізації робочих місць [2], відомі праці з оцінки енергетичних витрат та полыпщення умов праці шахтарів [1]. Монографія згаданих авторів була підготовлена у розвиток наукових досліджень та створених на їх основі рекомендацій, що були започатковані співробітниками Всесоюзного науково-дослідного та проектного інституту праці у будівництві [4; 5], де наводилися не лише методики та рекомендації щодо досліджень енергетичних витрат робітників, а також кількісні показники цих витрат при виконанні певних технологічних операцій [4, табл. на с. 15]. З того періоду технологія виробництва зазнала суттєвих удосконалень. Якщо на той час найпоширенішою була дрібнощитова дерев’яна опалубка із дощок, то зараз її замінили індустріальні розбірно-переставні опалубки із щитами з вологостійкої фанери, легких металів та пластичних мас.
Приклад використання аналогічного підходу стосовно виробництва дрібних стінових блоків опубліковано в монографії [3]. Там запропоновано раціоналізацію конструкції верстатів-«несучок» з урахуванням питомих витрат електричної, механічної та теплової енергії в технологічному циклі виготовлення готових виробів. Однак цей позитивний досвід на інші, більш складні для опису, будівельні технології поширення поки що не отримав.
Мета роботи - розвиток методики оцінки енергетичної ефективності для удосконалення технології виконання залізобетонних і монтажних робіт. Конкретніше, поки що передбачається порівняння ефективності використання найбільш поширених опалубних систем, а також удосконалення технології монтажу силосних корпусів з оцинкованої сталі методом підрощування.
Виклад основного змісту праці. Раніше у статті [6] були наведені класифікація і аналіз способів влаштування із обґрунтуванням доцільності використання методу підрощування при зведенні циліндричних металевих силосів. Порівняно із залізобетонними зерносховищами, спорудження сталевих значно прискорюється, вага огороджень зменшується у декілька разів, а значить, і енергетичні затрати на виготовлення, транспортування і поелементний монтаж конструкцій будуть мінімальними. Тому потужні монтажні крани не використовуються, конструкції нульового циклу зводяться легкими автомобільними кранами, а сам монтаж силосів - взагалі безкрановий, він виконується за допомогою ручних талів. Однак і ця технологія вимагає подальшого удосконалення, в тому числі і шляхом аналізу та моделювання
4
№ 8 серпень 2011
питомих (на одиницю будівельної продукції) енергетичних витрат, яке можна здійснити наступним чином.
З точки зору витрат енергії, сумарне її використання на монтажних роботах буде складатися із витрат енергії на монтаж верхнього ярусу (разом із конструкціями покрівлі) та монтаж усіх наступних однотипних ярусів. Причому затрати енергії, або механічна робота на крок підйому кожного наступного ярусу включає і складову енергії на підйом попередньо складеної частини. Як приклад, енергетичні витрати (Е) на один цикл монтажу першого ярусу силосу, складаються із таких компонентів:
е = А + А + А + А + А + А + А + А + А (1)
^ярус р.ж. ^петля щогла ^покрівля ^шевр ^якір ^підкос ^підйом Vа/
де Аярус - робота, пов’язана з улаштуванням першого, верхнього ярусу силосу, що включає
в себе тимчасове наживлення металевих панелей на переставну скобу в отворах для гвинтів, замазування місць з’єднання панелей герметиком, загвинчування гвинтів за допомогою механізованого інструменту;
Арж . - робота з улаштування ребер жорсткості, на щойно змонтованому, новому ярусі; Апетля - встановлення переставної металевої петлі, для тимчасового закріплення за неї
металевого гака, що використовується;
Ащогла - влаштування допоміжної центральної мачти, для зведення покрівлі силосу;
Апокріет - влаштування металевого покриття циліндричного силосу на гвинтовому з’єднанні механізованим інструментом;
Ашевр - влаштування вантажопідйомного пристрою (шевра), де закріплено ручний
підйомний поліспаст із храповим механізмом;
Аякір - розміщення за межами фундаменту силосу допоміжних якорів, за допомогою крана;
Апідкос - жорстка фіксація верхньої частини шевру з якорями підкосом;
Апідйом - робота при прикладенні певних ручних зусиль на поліспаст: конструкцію
підіймають на задану висоту (крок), що дорівнює висоті однієї панелі (1,2 м), і фіксують у підвішеному стані, після чого повторюється майже весь згаданий ряд операцій (окрім покрівлі), в результаті чого, методом підрощування і-х ярусів, зводять збірну конструкцію до заданої відмітки.
Аналізуючи цю модель, можна зрозуміти, що очевидний напрямок скорочення енергетичних та трудових витрат - відмова від деяких операцій технологічного циклу. Як приклад - відмова від використання якірної системи, коли зусилля розподіляються всередині замкнутого контуру, що і було запропоновано, запатентовано і реалізовано на практиці з економічним ефектом у 18 тис. грн. [6].
З використанням формул класичної механіки можна записати рівняння для визначення згаданих складових енерговитрат через роботу відповідних сил на шляху переміщення характерних точок предметів, засобів праці та виконавців технологічних операцій. Наприклад, за рекомендаціями, наведеними у [2], витрати енергії рахують як суму витрат енергії при вертикальному, горизонтальному та похилому русі корисного вантажу (інструментів, матеріалів, елементів опалубки тощо):
Р1 PH
А = (РН + — + -J1)k, (2)
де Р - вага вантажу, кг;
Н - висота, на яку переміщують вантаж із вихідного (початкового) положення, м;
l - відстань, на яку переміщують вантаж по горизонталі, м,
Hj - відстань, на яку опускають вантаж, м, k = 6 - коефіцієнт.
Величини Н , Hj та l можна виразити також через відповідні координати простору будівельного майданчика (рис.1).
5
Вісник ПДАБА
Рис. 1. Розрахункова схема визначення переміщення засобів праці для оцінки енергетичної ефективності організації будівельного майданчика
Тобто, які завгодно рухи, що супроводжують виконання кожної елементарної технологічної операції, можна визначити як шлях, що дорівнює різниці кінцевих (хі) та
початкових координат (хі _j) :
dx = хі _ Хг_1 ,
dy = Уі _ Уі_1 ,
dz = zt _ zt_1,
I = ^(dxУ + (dyУ =V(хі _ хі_і)2 + (уі _ Уі-1)2 ,
(3)
(4)
(5)
(6)
де H = dz = zt _ zi_1 - переміщення вантажу по вертикалі при піднятті;
При опусканні вантажу треба різницю координат брати за абсолютною величиною. H = dz1 =| zt _ z_1 | - переміщення вантажу при його опусканні.
Тоді формула підрахунку витрат енергії (механічної роботи) набуває вигляду:
А = (p(zr -:^і-1) +
Р (^(х -хі-1)2 + (Уі _ y,_J2
+
P(zj _ zj_1) 2
)6 .
9
(7)
У перспективі вищезазначену формулу та методику підрахунку енерговитрат передбачається застосувати і для аналізу (оцінки) окремого будівельного процесу, наприклад при влаштуванні опалубки будівлі. Адже на ринку України досить широкий вибір систем опалубок для цивільних будівель: Doka, PERI, NOE, Будмайстер, Outinord, Aluma-Systems, ALPI, RINGER тощо. Якими б не були відмінності опалубних систем (за матеріалом, функціональним призначенням та фірмою-виробником), всі їх помічені удосконалення та відмінності поки що спрямовані на збільшення оборотності, здешевлення, зменшення ваги і трудомісткості, а також підвищення якості опалубно-арматурно-бетонних робіт. На жаль, жоден виробник поки що не враховує енергетичні витрати праці будівельників при монтажі опалубок. Принаймні, про це не згадується у доступних науково-технічних і рекламних джерелах.
Складові процесу монтажу опалубки можна розкласти на прості операції, такі як: установлення щитів, з’єднання елементів щитів, вивірення опалубки, встановлення арматурних виробів. Але з іншого підходу, тяжкість цього та подібних процесів при моделюванні енергетичних витрат можна розкласти на декілька складових:
• фізично-динамічне навантаження - для його підрахунку слід визначити масу вантажу, що переміщується вручну в кожній операції, та шлях його переміщення. Підраховується загальна кількість операцій при перенесенні вантажу за зміну й підсумовується величина
6
№ 8 серпень 2011
зовнішньої механічної роботи (кг-м) за зміну;
• маса вантажу, який підіймається чи переміщується будівельником протягом зміни;
• стереотипні робочі рухи - це однократне переміщення тіла або частини тіла з одного положення в інше;
• статичне навантаження, пов'язане з підтримкою людиною вантажу або додатковим зусиллям без переміщення тіла. У виробничих умовах статичні зусилля зустрічаються у двох різновидах: утримання оброблюваного виробу (інструменту) і притиск оброблюваного інструменту (виробу) до оброблюваного виробу (інструменту);
• поза, в якій працює будівельник (вільна, незручна, фіксована, вимушена) визначається візуально на підставі хронометражних даних за зміну;
• число нахилів корпуса;
• переміщення в просторі будівельника за зміну.
Отже, енергоємність процесу встановлення опалубки напряму пов’язана з робочим місцем будівельника та знаряддям, що використовується для виконання робіт. Площа робочого місця має бути такою, щоб незручності при роботі (при встановлені опалубки) були мінімальними. Пристосування, що використовуються в процесі роботи будівельника, мають бути якомога легшими, щоб скоротити енерговитрати при їх перенесенні, встановленні та притисканні.
Підрахунок механічної роботи вищезазначеним методом значно спрощується, якщо на зону роботи будівельника при встановленні опалубки накласти координатні вісі.
Таким чином, користуючись методологією оцінки енергетичних витрат будівельних робітників, можна визначитись із шляхами та отримати результати деяких удосконалень сучасних технологій, матеріалів і обладнання. Означені напрямки досліджень передбачається продовжити таким чином, щоб кожен з них у найближчі роки став окремою закінченою науково-кваліфікаційною роботою аспіранта.
ВИКОРИСТАНА ЛІТЕРАТУРА
1. Леман Г. Практическая физиология труда / Леман Г. - М. : Медицина,1967. - 336 с.
2. Тян Р. Б. Рационализация рабочих мест в строительстве / Р. Б. Тян, В. Р. Млодецкий, Б. А. Юнаев. - М. : Стройиздат, 1990. - 86 с.
3. Шаленный В. Т. Организационно-технологические аспекты энергосбережения при модернизации производства конструкций и зданий из бетона: Моногр. - Д. : Наука и образование, 2002. - 200 с.
4. Руководство по проектированию высокопроизводительных трудовых процессов
строительного производства. Вып. 1. Основные положения / Всесоюз. науч.-исслед. и проект. ин-т труда в строит. Госстроя СССР. - М. : Стройиздат, 1978. - 32 с.
5. Руководство по проектированию высокопроизводительных трудовых процессов
строительного производства. Вып. 3. Проектирование приемов труда / Всесоюз. науч.-исслед. и проект. ин-т труда в строит. Госстроя СССР. - М. : Стройиздат, 1981. - 40 с.
6. Кислиця Л. В. Будівництво зернопереробних підприємств. Існуючі методи, доцільність і шляхи вдосконалювання методу підрощування сталевих силосів // Вісник Придніпровської держ. акад. буд. та архітект. - Д. : ПДАБА, 2009. - № 6-7. - С. 25 - 29.
7. Шаленный В. Т. Напрямки удосконалення сучасних технологій, матеріалів і
обладанання із врахуванням енергетичних витрат та умов праці будівельних робітників /
В. Т. Шаленний, Р. Б. Папірник [та ін.]. // Строительство, материаловедение, машиностроение: Сб. науч. тр. - Д. : ПГАСА. - 2010. - Вып. 52. - С. 127 - 131.
УДК 621.868.27
ОРГАНИЗАЦИОННО - ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ РЕШЕНИЯ НАЧАЛЬНЫХ ЭТАПОВ РАЗБОРКИ ЗАВАЛОВ РАЗРУШЕННЫХ ЗДАНИЙ
С. В. Шатов, к. т. н., доц.
Ключевые слова: аварии, стихийные бедствия, разрушенные здания, завалы, поиск и извлечение пострадавших
Проблема. Ежегодно в Украине регистрируется около 350 чрезвычайных ситуаций
7
