Проектирование и оптимизация транспортно-грузовых систем

Введение

 

Студент факультета управление процессами перевозок должен знать задачи, стоящие перед транспортом, и, в частности, перед подразделениями грузового хозяйства, уметь находить оптимальные решения и подкреплять свои предложения технико-экономическими расчётами.

Цель курсовой работы – научится принимать обоснованные технические и технологические решения в сфере проектирования и оптимизации транспортно-грузовых систем (ТГС) на железнодорожном транспорте, а также организации и механизации погрузочно-разгрузочных работ (ПРР).

Задачей курсовой работы является разработка проекта транспортно-грузового  комплекса (ТГК) для переработки  заданного груза на основе сравнения  двух вариантов механизации погрузочно-разгрузочных работ.

Проектные решения (технические  и технологические) должны быть направлены на улучшение использования складов и погрузочно-разгрузочных машин, сокращение времени простоя транспортных средств под грузовыми операциями, повышения производительности труда на погрузочно-разгрузочных работах и снижение себестоимости грузопереработки, в конечном счете, на увеличение доходности и прибыльности грузовых объектов и подразделений железнодорожного транспорта.

 

 

 

 

 

 

 

 

1 Определение  расчетных объемов работы транспортно-грузового комплекса

1.1 Расчет суточных грузопотоков, вагонопотоков

 

Расчётное количество груза, перерабатываемого  грузовым пунктом (транспортно-грузовым комплексом) за сутки – суточный грузопоток Q_сут (т/сутки) зависит от годового грузопотока – Q_год (т/год), а также неритмичности работы транспортных организаций, неравномерности работы предприятий и рассчитывается отдельно по прибытии Q^пр_сут (выгрузка):

 

(1.1)

 

где К_н – коэффициент неравномерности поступления груза на склад.

Для сыпучих грузов в мягких спецконтейнерах принимаю К_н =1,15:

 

   

Количество  вагонов для перевозки данного  груза – суточный вагоно-поток N_сут (ваг/сут) для грузов в вагонах определяется по формуле:

  (1.2)

 

где - средняя статистическая нагрузка вагона данным грузом, т/ваг.

      Для сыпучих грузов в мягких спецконтейнерах принимаю =43:

1.2 Расчет суточных объемов работы ПРМ на транспортно-грузовом комплексе

1.2.1 Суточный расчётный объем работы ПРМ

 

Суточный расчетный  объем работы ПРМ на транспортно-грузовом комплексе (объем грузопереработки) Г_сут определяется в тоннах с учётом работы с автотранспортом, в том числе по "прямому" варианту:

                                                                                                       (1.3)

                      

где - коэффициент прямого варианта переработки груза по прибытии;

2 – коэффициент, учитывающий двойную работу ПРМ с грузом (вагон-склад, склад-автотранспорт);

- коэффициент, учитывающий дополнительные операции, выполняемые ПРМ на складе ( ).

Рассчитываем суточный объем грузопереработки для сыпучих грузов в мягких спецконтейнерах:

 

    

∑Г_год =

∑Г_год =[328*1000*(2-0,23)]*1,12=650227 т/год;

 

 

 

 

 

 

2. Выбор варианта транспортно-грузового комплекса

 

Основные характеристики перевозимого груза МК-1,5, мостового крана и автопогрузчика 4008М приведены в таблице 2.1, 2.2 и 2.3.

 

Таблица 2.1(Мостовой кран)

Грузоподъемность, т	5
Пролёт, м	34,5
Скорость, м/с - подъема груза - передвижения  тележки - передвижения  крана	0,33 0,67 1,2
Общая мощность, кВт	25
Заводская цена, тыс. руб.	3679

 

Таблица 2.2 (Автопогрузчик 4008М)

Грузоподъемность  максимальная, т	10
Максимальная  высота подъема груза на вилах, мм	7500
Скорость подъёма груза, м/с	0,2
Скорость передвижения, км/ч - без груза - с грузом	30 20
Мощность двигателя, кВт(л.с.)	81(110)
Масса без груза, т	13,2
Цена заводская, тыс. руб.	445

 

 

 

 

 

 

Таблица 2.3 (МК-1,5)

Тип контейнера	МК-1,5
Название	Мягкий контейнер  для насыпных и навалочных грузов
Диаметр, мм	1450
Высота, мм	1200
Масса брутто, т	2

 

2.1 Выбор грузозахватных приспособлений

 

Грузозахватное  устройство для мягкого контейнер, мостовым кран мостовым краном, принимаем четырёхзвенный строп.

В связи с особенностями  перевозимого груза, в качестве грузозахвата я выбрал четырёхзвенный строп, изображение  которого представлено на рисунке 2.1.   Стропы являются наиболее распространёнными и простыми по конструкции грузозахватными устройствами. Они изготавливаются из стальных канатов и разделяются на универсальные облегчённые с коушами, одноветвевые с коушом на одном конце  и крюком на другом и многоветвевые (двух-, четырёх-, шестиветвевые).

 

 

 

 

 

 

 

 

Рис. 2.1 Четырёхзвенный строп с коушем на одном конце  и крюками на другом: 1-коуш, 2-цепь, 3-крюки.

Инструкции  по использованию:
- перед каждым  применением проверьте состояние  цепной стропы
- проверьте,  чтоб рукав не был скрученным
- проверьте,  чтоб груз был правильно расположен  в крюке (не на кончике крюка)
- ремонт должен  производиться только специализированными  мастерскими
- не используйте  устройство для подъема более тяжелого груза, чем его грузоподъемность
- не укорачивайте  цепи способом связывания узлом
- Цепная стропа  может быть использована для  максимальных нагрузках только  в допустимых температурных интервалах
Выдержка из инструкции пользования:
Цепная стропа не может быть использована в случае:
- номинальный  диаметр цепи уменьшился более  чем на 20%,  вследствие изнашивания
- вследствие  удлинения поменялось длина рукавов
- этикетка  неразборчива или отсутствует
- составляющие  деформировались, например открытость  крюка увеличилась более чем  на 10%, или предохранитель не открывается. Цена: 50000 руб.

 

 

 

 

 

2.2 Расчет эксплуатационной производительности ПРМ

 

Эксплуатационная производительность П_экс – средняя производительность ПРМ в течении смены, которая определяется количеством груза, перерабатываемого за один час работы с учётом

внутрисменных технологических перерывов (приём  – сдача смены, обед, перестановка вагонов, техническое обслуживание механизма и др.):

(2.1)

где - коэффициент использования ПРМ по времени равное 0,7…0,8.

Для ПРМ периодического действия техническая производительность П_тех (т/ч) рассчитывается по формуле:

                                            (2.2)

где 3600—количество  секунд в часе; G_гp—количество груза, перерабатываемого за один цикл, принимаем из характеристик груза, масса брутто мягкого контейнера G_гp=2 т.; Т_ц—длительность рабочего цикла машины, с.

Длительность  рабочего цикла Т_ц определяется графоаналитическим способом:

1. рассчитываем продолжительность каждой операции цикла и строят график цикла;
2. из графика определяем коэффициент совмещения операций   :

(2.3)

где — время рабочего цикла по графику; t_зах , t_отп — время соответственно на застропку и отстропку груза, с.; ∑t_on -суммарное время на выполнение операций цикла (без совмещения), с.;

3. рассчитываем Т_ц по формуле и сравниваем полученное значение с

     . Разница не должна превышать 1с.

.  (2.4)

Рассчитаем  эксплуатационную производительность мостового крана с четырёхзвенными стропами и тросами.

 

Рассчитаем временные промежутки :

                                             (2.5)

где t₁ – продолжительность застропки, равное 23 с.

(2.6)

 где t₂ – продолжительность подъема груза, с; h_под - высота подъема груза в транспортное положение, равная 4 м; v_под - скорость подъема груза, равная 0,33 м/с.

                         (2.7)

где t₃ – продолжительность передвижение тележки с грузом, с; - длина передвижения тележки, м;  l_прол – длина пролета, равная 34,5 м; v_перед - скорость передвижения тележки, равная 0,67 м/с.

 

                       (2.8)

где - продолжительность подъёма груза до включения тележки, м; h_гр – высота груза, равная 1,2 м; v_под - скорость подъема груза, равная  0,33 м/с.

                                                                            (2.9)

где t₄ – продолжительность передвижение крана с грузом, с; l_пер – длина перемещение крана, равная 15 м; - скорость перемещения крана, 1,2 м/с.

 

  (2.10)     

где t₅ – продолжительность опускания груза, с; h_опуск - высота опускания груза, равная (4 – 1,4) = 2,6 м; v_опуск - скорость опускания груза, равная 0,33 м/с.

 

                                                 (2.11)

где t₆ – продолжительность отстропки, равное 20 с.

  (2.10)              

где t₇ – подъём грузозахвата, с; h_под - высота подъема захвата, равная 0,5 м; v_под - скорость подъема захвата, равная 0,33 м/с.

                                                                                                     (2.13) (2.14) где t₈ – продолжительность передвижение тележки без груза, с;                         t₉ – продолжительность передвижение крана без груза, с.

(2.15)

где t₁₀ – продолжительность опускания грузозахвата без груза, с.

(2.16)

(2.17)

Разница не превышает .

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Рассчитаем  эксплуатационную производительность автопогрузчика 4008М .

 

Рассчитаем временные промежутки :

                                             (2.5)

где t₁ – застропка, равна 23 с.

(2.6)

 где t₂ – подъём груза в транспортное положение, с; h_под - высота подъема груза в транспортное положение, равная 4 м; v_под - скорость подъема груза, равная  0,2 м/с.

                         (2.7)

где t₃ – продолжительность передвижение автопогрузчика с грузом, с; - длина передвижения автопогрузчика, равная 3 м;  v_перед - скорость передвижения автопогрузчика с грузом, равная 5,55 м/с.

                                                                             (2.8)

где t₄ – опускание груза в транспортное положение (на высоту 0,3 м), с; v_опуск - скорость опускания груза, равная  0,2 м/с;

   

                     (2.9)

где t₅ – продолжительность передвижение автопогрузчика с грузом, с; - длина передвижения автопогрузчика, равная 25 м;  v_перед - скорость передвижения автопогрузчика с грузом, равная 5,55 м/с.

 

 

 

     (2.10)     

где t₆ – продолжительность подъёма груза для укладки, с; h_под - высота подъёма груза для укладки, равная (1,5-0,3) м; v_под - скорость подъёма груза, равная 0,2 м/с.

                                                 (2.11)

где t₇ – отстропка, равная 20 с.

  (2.12)              

где t₈ – подъём захвата (на 0,5 м), с; h_под - высота подъёма захвата, равная 0,5 м; v_опуск – скорость подъёма захвата, равная 0,2 м/с.

                                                                                                            (2.13)  где t₉ – продолжительность передвижение автопогрузчика без груза, с; - длина передвижения автопогрузчика, равная 25 м, v_перед - скорость передвижения автопогрузчика без груза, равная 5,33 м/с.

(2.14)

  t₁₀ – опускание захвата (на 2 м), с.

(2.16)

(2.17)

Разница не превышает .

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2.3 Расчет оптимального количества ПРМ и количества подач вагонов на грузовой пункт

 

Детерминированный режим работы грузового пункта

Количество  погрузочно-разгрузочных машин М_min, необходимое для выполнения суточного расчетного объема грузопереработки ∑Q^р_сут  рассчитывается по формуле:

 (2.18)

где Т_с—время работы ПРМ на погрузке - выгрузке вагонов и автомобилей в течение суток, ч; Т_с зависит от количества смен в сутки п_см, продолжительности смены t_см технологических перерывов и рассчитывается по формуле:

                            Т_с = п_см*(t_cм-1,5)- m* t_neр,                           (2.19)

где 1,5—время на обед и прием-сдачу смены, ч; m—количество подач вагонов на грузовой пункт; t_nep—время на перестановку вагонов; ч; m – количество подач вагонов на ТГК;

t_nep =(0,4...0,7) t_n; t_n—время на подачу -уборку вагонов, ч,

п_см=3 ч,

t_см=8 ч,

t_n=0,7 ч,

t_nер=0,5*0,7=0,35 ч,

Т_с=3* (8-1,5)-0,35*3=18,45ч,

М_{min(Мост)}= 2047,819/(47,8*18,45)=2,32           М_{min(Мост)}=3;

М_min(4008М)=2047,819/(52,4*18,45)=2,11          М_min(4008М)=3.

 

Недетерминированный режим работы грузового пункта

Недетерминированный режим работы грузового пункта характеризуется случайным (вероятностным) поступлением вагонов и автомобилей под грузовые операции, когда количество вагонов в подаче, интервалы между подачами, время выполнения грузовых операций с вагонами в каждой подаче имеют существенные отклонения от среднего значения. В связи с этим, потребное, в данном случае оптимальное количество ПРМ и подач рассчитывается методами математического моделирования с применением ЭВМ. В качестве критерия оптимальности принимается наиболее объективный обобщающий показатель—минимум суммарных приведённых расходов, связанных с работой ПРМ, занятостью вагонов, автомобилей и маневровых локомотивов.

Функционал  задачи, представляющий собой выражение приведенных затрат, имеет вид:

R(M, m) = R₁ + R₂ + R₃ + R₄ + R₅ + R₆-> min,                  (2.20)

где R₁—затраты, связанные с амортизацией и ремонтом ПРМ, р./год:

(2.21)

где K_м — стоимость ПРМ с учетом расходов на транспортировку и монтаж, которые принимаются в размере (10,..15)% от оптовой цены машины, р.; а_м— процент годовых отчислений на амортизацию машин; Е_н — нормативный коэффициент эффективности капитальных вложений (инвестиций), выраженный в процентах (норма дисконта, отражающая величину прибыли, которая должна быть получена инвестором на 1 рубль инвестиций);

R₂—расходы, связанные с простоем вагонов под грузовыми операциями, р./год:

                            (2.22)

где N₁— максимальное значение прибывших n^пр_сут либо отправленных n^от_сут вагонов, ваг./сут; N₂ — сумма прибывших и убывших вагонов, ваг,/сут; а_в—приведенная стоимость вагоно-часа простоя, р./ваг.-ч;

R₃— расходы, связанные с вагоно-часами простоя в ожидании подачи вагонов на склад, р./год:

(2.23)

 

где Т_с — время работы грузового фронта в течение суток, ч.;

R₄— расходы, связанные с выполнением маневровых операций по подаче и уборке вагонов, р./год:

(2.24)

где t_п — время подачи и уборки вагонов, ч.; а_л-ч – приведенная стоимость локомотиво-часа маневровой работы, р./лок.-ч;

R₅— расходы, связанные с ожиданием вагонами грузовых операций, р./год:

(2.25)

где v_в,—коэффициент вариации времени обслуживания вагонов на грузовом фронте;

R₆—расходы, связанные с ожиданием автомобилями выполнения грузовых операций, р./год:

                  (2.26)

          где t_a—время погрузки-выгрузки одного автомобиля, ч; С_а—приведенная стоимость автомобиле-часа простоя, р./авт.-ч; v_a—коэффициент вариации времени обслуживания автомобилей на грузовом фронте; п_а—число автомобилей, поступающих к грузовому фронту в течение суток.

Вывод: Согласно проведенным выше  расчетам экономических параметров в программе «Модель», я принимаю оптимальное число подач равное 4 для обоих вариантов ПРМ, и оптимальное число ПРМ для мостового крана равное 6 и для автопогрузчика равное 8, т.к. затраты в этом случае самые оптимальные.

 

 

 

 

 

Таблица В.1 - Исходные данные к программе «Модель»

№ П/П	Наименование  груза	Ед. изм.	Числовое  значение	Условное  обозначение параметра
1	Стоимость погрузочно-разгрузочной машины с учетом расходов на монтаж и транспортировку в размере 10—15% от оптовой цены	р.	4230850	Км
			511750
2	Процент годовых отчислений на амортизацию машин и ремонт	%	8,4	ам
			25,6
3	Нормативный коэффициент эффективности капитальных вложений	%	20	Ен
4	Максимальное  число прибывших (убывших) вагонов	ваг.	24	N1
5	Сумма прибывших (убывших) вагонов	ваг.	24	N2
6	Средняя статическая нагрузка на вагон	т/ваг	43	Pвст
7	Приведённая стоимость вагоно-часа простоя	р./ваг*ч	26,8	ав
8	Коэффициент   непосредственной   переработки груза по прямому варианту		0,23	kпв
9	Эксплуатационная производительность машины	т/ч	47,8	Пэкс
			52,4
10	Среднее время подачи и уборки вагонов	ч	0,7	tп
11	Приведённая стоимость локомотиво-часа маневровой работы	р./лок*ч	653,82	ал
12	Суточный расчетный объем переработки грузов	т	2047,819	Гсут
13	Коэффициент вариации   поступления  вагонов на грузовой фронт		1	vв
14	Время работы   грузового   фронта в    течение суток	ч	18,45	Тс
15	Время погрузки-выгрузки одного   автомобиля	ч	0,272	tа
			0,248
16	Приведённая стоимость автомобиле-часа простоя	р./авт*ч	822,5	Са
17	Коэффициент вариаций поступления    автомобилей к грузовому двору		1	vа
18	Число автомобилей, поступающих к грузовому двору в течение суток	шт.	80	nа
19	Минимальное число подач	шт.	1	mmin
20	Максимальное число подач	шт.	4	mmax
21	Минимальное   число погрузочно-разгрузочных машин	шт.	3	Mmin
			3
22	Максимальное   число погрузочно-разгрузочных машин	шт.	8	Mmax
			8
23	Шаг		1	1

 

 

График зависимости  приведённых расходов от количества машин и подач (Мостовой кран)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

R	М
m	3	4	5	6	7	8
1	36738356	19825293	16328036	15344826	15277233	15647185
2	31684400	17161690	14325992	13665133	13791300	14291512
3	30111115	16385190	13770012	13216603	13407356	13950988
4	29407998	16080465	13575547	13075863	13298910	13864252

 

График зависимости  приведённых расходов от количества машин и подач (Автопогрузчик)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

R	М
m	3	4	5	6	7	8
1	23420069	12967496	9843807	8417367	7656207	7225583
2	19539613	10628549	8020165	6859722	6262941	5944617
3	18357495	9960267	7523651	6451874	5909886	5628995
4	17849962	9709652	7358920	6331476	5816884	5554710

 

 

2.4 Выбор типа склада и расчет его потребной площади

 

Специализированные мягкие контейнеры, не боящиеся атмосферных осадков, хранятся на открытых площадках. (Рис.2.4.1 и Рис.2.4.2).

 

 

 

 

 

 

 

 

                                                                     

Рис.2.4.1 Склад  открытого хранения с мостовым краном

 

 

 

 

 

Рис.2.4.2 Склад открытого хранения с автопогрузчиком (N_сут=24ваг/сут.)

Потребную площадь склада F_скл определяют методом допустимых давлений:

                     (2.27)

где — нормативное время хранения груза на складе (до выгрузки — по прибытию), сут.; β — коэффициент, учитывающий дополнительную площадь для проходов и проездов; g — ускорение свободного падения, м/с²; ρ—допустимое давление на основание склада, кН/м².

=8 сут.

β =1,5

ρ=9 кН/м²

 

2.5 определение линейных размеров  склада и длины погрузочно-разгрузочных фронтов, изображение поперечных размеров склада

 

     Для мягких спецконтейнеров используют склады:

Ширина склада для мостового крана:

  В_скл=L -3x-Г=34,5-3*1,25-3=27,75 м

Ширина склада для автопогрузчика:

  В_скл=20 м

Длина склада определяется по формуле:

(2.28)

Для мостового крана:

 

Для автопогрузчика:

 

Необходимо  проверить условие:

  (2.29)

где L_фр — длина грузового фронта со стороны железнодорожных путей, м; п_пут— количество погрузочно-разгрузочных путей на складе.

п_пут =1

                                                (2.30)

где L_еаг — длина платформы по осям сцепления, L_еаг=13,92 м; n_под — количество вагонов в подаче.

где m_опт — оптимальное число подач вагонов на ТГК, для обоих вариантов m_опт=4.

 

 

Для мостового крана:                   

Для автопогрузчика:                     

 

2.6 Расчет времени простоя вагонов  под грузовыми операциями

 

Расчет времени простоя  вагонов под грузовыми операциями t_гр производится по формуле:

   (2.31)

где t_n-з—время подготовительно-заключительных операций с вагонами одной подачи, ч./под.