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当前机械系统配置透析
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1.优化模型
1.1通常由混凝土生产、运输和浇筑等子系统组成[5,9].1)混凝土生产子系统.混凝土生产子系统是保证拱坝混凝土施工进度和质量的关键作业,拌和楼生产量受运输系统和浇筑系统制约.如果运输能力不足或浇筑量小于生产量就会导致混凝土滞留,造成混凝土温度升高,影响施工质量;同时如果拌和楼生产量不足,就会造成运输机械闲置,浇筑能力下降,工程进度滞后.2)混凝土运输子系统.混凝土运输子系统是连接混凝土生产与浇筑的中间环节,在保证混凝土质量的前提下快速、高效地将混凝土输送到坝体浇筑部位.在拱坝混凝土施工过程中,缆机起着主控作用,是整个机械系统高效运行的“瓶颈”段,其生产能力直接影响施工进度,必须优先选配缆机型号与数量,并根据缆机的浇筑能力选配其他施工机械.3)混凝土浇筑子系统.混凝土浇筑过程中,要协调缆机、平仓机、振捣机等各机械设备数量,充分发挥各类机械设备的生产能力.在拱坝混凝土施工过程中,上述子系统相互联系和制约,机械设备的作业都属于随机服务系统.在构建机械配置模型时,将自卸汽车定义为系统中的流动实体,拌和楼、缆机定义系统中的固定实体,车辆在运输过程中的各个环节定义为按照不同服务规则和机制对流动实体服务的机构,将整个复杂的拱坝混凝土施工机械系统构建为一个有限源多级服务系统.1.2优化的数学模型1.2.1目标函数拱坝混凝土施工机械配置优化的目标函数有:机械效率、浇筑时间.设xi1,xi2,xi3,xi4,xi5分别表示对于第i种施工方案所选配的混凝土拌和楼,自卸汽车、缆机、平仓机、振捣机的数量,X={x1,x2,x3,x4,x5}表示各种机械设备组成的向量.1)机械效率ρ.对于拱坝混凝土施工机械系统而言,缆机的施工效率起着关键性的作用.在保证缆机运行效率最大的前提下,使其他配置的机械运行效率较高.则机械系统作业效率目标函数表示为(式略)2)浇筑时间T.保证拱坝混凝土施工按期完工是各方关注的另一个问题.对于不同的施工方案和不同的浇筑块,其浇筑时间表示为T(式略 )X .其目标函数表示为(式略)1.2.2边界条件针对拱坝混凝土典型浇筑块,其边界条件有缆机数量、典型浇筑块的浇筑量、各种配置机械的运行参数.1)主控机械(缆机数量)限制.对于拱坝混凝土浇筑而言,可布置的缆机数量最大值为X2;对于不同的浇筑块,可布置的缆机数量最大值为(式略)2)控制性进度的时间限制.受温控、进度节点要求,浇筑时间要控制在各典型浇筑块控制性进度节点Ti范围之内,即(式略)3)工程量限制.在施工环节中,对于每一类机械的作业量必须大于典型浇筑块的工程量Vi(式略)4)各机械利用率限制.每一类机械的利用率ρjj=1,2,…,(式略 )5要求在给定的范围内即(式略)
2配置模拟
拱坝混凝土施工机械系统本质上是一个由缆机为主导的按特定规则为各个浇筑块服务的一种特殊的排队服务系统,综合考虑拌和、供料、浇筑系统之间的配合与相互影响.为了计算方便,选取典型浇筑块进行随机模拟,对每辆自卸汽车,考察其在各级服务系统中服务完毕的时刻,并用2个存储单元来记录.单元A[i]中记录第i量自卸汽车(i=1,2,…,m)在模拟过程中正被考察的时刻.单元C[i]中记录第i量自卸汽车(i=1,2,…,m)在模拟过程中正被考察的时刻所处的状态,存在4种可能.状态0:即C[i]=0,表示自卸汽车已进入第Ⅰ系统,空车等待或正在装料;状态1:即C[i]=1,表示自卸汽车已进入第Ⅱ系统,装料已完成,正在重运;状态2:即C[i]=2,表示自卸汽车已进入第Ⅲ系统,重车待卸或正在转料;状态3:即C[i]=3,表示自卸汽车已进入第Ⅳ系统,转料结束,正在空返.单元J1中 记 录 系 统 中 的 最 小 时 刻min1≤i≤mA[i( )] ,单元J2中记录上述最小时刻对应的自卸汽车的最小号码.根据施工机械排队系统的构成和特征,产生一系列服从服务系统随机数模拟混凝土施工系统中机械的服务情况.根据以上循环过程,基于拱坝混凝土施工系统模拟计算各种施工机械配置方案下的运行参数,实现拱坝混凝土施工机械配置方案的优选和调度.拱坝混凝土施工系统模拟(图略).
3施工模拟
3.1拟定的模拟方案锦屏一级拱坝混凝土施工备选的机械设备有2×7m3的拌和楼、9.6m3的自卸汽车、30t平移式缆机.初步选择3台缆机,针对4个典型浇筑块进行随机模拟,(式略).3.2边界条件根据锦屏一级拱坝施工配置的机械型号,参照工程运行条件、设计参数和相似工程经验统计分析,其主要的机械运行参数是:拌和楼混凝土的拌制时间为(2.0min,3.0min);自卸汽车的运输时间为(2.5min,3.5min)、其装料和卸料时间为0.2min和0.3min;缆机的起重量为30.0t、吊罐容量为9.6m3、控制高程为1885.0~1850.0m、水平运距为320.0m,水平和垂直运行速度为7.50m/s和3.0m/s,混凝土的装料和卸料时间为0.3min和(0.4min,2.0 min),运行的加速和减速时间均为0.2min.3.3计算结果分析根据拱坝混凝土施工机械系统的目标函数和边界条件,以典型浇筑块1为例分析和选配机械设备,采用MonteCarlo方法对锦屏一级拱坝混凝土施工机械系统模拟分析,计算结果(表略).各方案中的平仓机和振捣机的配置按照缆机的浇筑强度配置,保证每台缆机对应1台平仓机和1台振捣机.由表2可以看出,缆机的利用率随着自卸汽车数的增多而增大,自卸汽车的利用率随着自卸汽车数量的增多而降低.由于典型浇筑块1位于大坝底部,缆机吊深达300m,运输时间和卸料时间过长,使缆机的运输强度降低.同时可以考虑在施工初期只用一座拌和楼.为了保障缆机的利用率,选配3台自卸汽车,1座拌和楼可满足拱坝混凝土初期施工.同理,可以依次计算各典型浇筑块的机械配置.通过分析各典型浇筑块的机械设备配置结果,形成机械配置调度方案。
4结论
机械系统中混凝土生产、运输和浇筑等构成与运行特性,确定作业、工序之间逻辑关系、约束条件,将复杂的拱坝混凝土施工机械系统构建成为一个有限源多级服务系统.以缆机为核心,机械效率、浇筑时间为目标,针对拱坝混凝土典型控制浇筑块,分析机械设备的运行参数,系统模拟和优化混凝土施工机械系统配置,验证了方法的可行性,对工程大坝施工与机械设备管理提供重要的决策参考.
