摘要：本次论文的主题是根据不同的机械配置，对倒运沙进行成本分析，最后得到优化的机械配置方案。以古雷增填沙工程Ⅰ-1区围堰倒运沙施工为例，在控制运距和机械不窝工的情况下，通过不同机械配置方案的试验，计算单方沙的倒运成本，比较、分析得到最佳的机械配置方案，达到降本增效的目的。
关键词：倒运沙；机械配置；成本分析
引言
合理的机械配置方案是在保证施工强度的同时，最大程度地节约施工成本，给施工单位带来良好的经济效益。本文主要是在机械设备不窝工的情况下，通过使用不同的机械给自卸汽车装沙来展开研究，分析一系列试验数据，找到合适本工程的最优机械配置方案，达到降本增效的目的。
一、机械选配
建设项目的工程量和施工进度是合理选配施工机械的主要依据。在实际施工中，机械选用时主要综合考虑以下三个特性，适应性、经济性和安全性。主要是要结合实际施工条件，从经济的角度出发，以安全性为保证，以机械适应施工现场道路、气候为基准，进行机械设备的选用。选用的施工机械，其工作能力需符合施工进度的要求，避免出现机械作业能力不足或产能过剩的情况。以古雷增填沙工程Ⅰ-1区围堰倒运沙为例，在刚刚打好排水板的沙地，经过装载机初步碾压后，刚好能够满足载重25500kg的自卸汽车满载行车（经过载重为31吨的前四后八自卸汽车和载重为25吨的前二后八自卸汽车的载重试验分析得到）。
二、机械使用
2.1现场概况
施工机械的选择与使用需要结合现场施工概况。本次古雷増填沙工程Ⅰ-1区围堰施工，取沙点与围堰施工段距离为100～700米，场地为施打排水板之后的松软吹填沙，未经处理时，自卸汽车行车下陷。为保证自卸汽车的满载运输，选择主要的几条施工临时道路，对其使用装载机重压，使其能够满足自卸汽车满载正常行车，不会出现频繁下陷的现象。
2.2施工工艺
围堰倒运沙施工主要是由装沙、运沙、卸沙、空返几个环节组成。整个施工循环过程中，机械保持不窝工状态。
图1 围堰倒运沙基本工艺流程
2.3机械选配
为了合理安排机械配置，节约围堰倒运沙施工成本。选择Ⅰ-1区南侧围堰两个试验段进行机械配置试验分析，计算两个试验段的单方沙倒运成本和自卸汽车相同情况下的施工效率，经过分析比较，得到最优的机械配置方案，并应用于后续围堰施工。
现场围堰倒运沙试验段示意图如下。
图2 围堰试验段施工示意图
图中以取沙点为圆心，选取相同距离的试验段进行自卸汽车运输测验，试验段长度为100米，取沙点距离卸沙点直线直线运输距离为300-498米（取试验段中点距离为400米）。
（1）试验段一
试验段一主要是由挖掘机装沙、自卸汽车运输，两者配合施工。
图3 试验段一：挖掘机配合自卸汽车施工
（2）试验段二
试验段二主要是由挖掘机挖沙、装载机装沙、自卸汽车运输，三者配合施工。
图4 试验段二：挖掘机、装载机配合自卸汽车施工
2.4 循环用时计算
2.4.1计算公式
T总=t1+t2+t3+t4 （2.1）
n=（T总/t1）×δ （2.2）
式中：
T总——自卸汽车一次循环平均用时（min）；
t1——自卸汽车一次循环内装土平均用时（min），等于（VQ/VW）×t1′（挖掘机装载一斗的时间t1′（min））；
t11——自卸汽车一次循环内装土平均用时（min），等于（VQ/Vz）×t11′（装载机装载一斗的时间t11′（min））；
VZ——装载机每铲容积（m3），2.0m3；
t12——挖掘机挖沙每斗用时，根据现场记录，取平均值18s。
t2——自卸汽车一次循环内运土平均用时（min），等于L/V1；
t3——自卸汽车一次循环内卸土平均用时（min）；
t4——自卸汽车一次循环内空返就位平均用时（min），等于L/V2；
VW——挖掘机挖斗容积（m3），1m3；
VQ——自卸汽车车厢容积（m3），17.4m3（5.4m×2.3m×1.4m）；
V1——自卸汽车重载平均速度（m/s）；
V2——自卸汽车空载平均速度（m/s）；
L——自卸汽车单程运距（km），为400m；
nz——自卸汽车数量，等于（自卸汽车一次循环平均用时×挖掘机的工作效率）/自卸汽车一次循环内装沙平均用时；nw等于2辆装载机装沙量/1辆挖机相同时间内挖沙量。
δ——机械工作效率，取0.90。
2.4.2计算结果
（1）试验段一
本试验段由挖掘机取沙点挖沙、装沙，自卸汽车运输，现场数据记录如下。
表1 试验段一自卸汽车运输时间记录表
根据表格数据分析，自卸汽车一次循环平均用时T总=t1+t2+t3+t4=16.0分钟。1辆挖机配备的自卸汽车数量nQ=（T总/t1）×δ=（16.00/5.08）×0.90=3（辆）
综上计算，试验段一的机械配置比例为挖掘机：自卸汽车=1：3，自卸汽车满载运沙的速度是V1=5.74Km/h，空返的速度是V2=6.80Km/h。
（2）试验段二
挖掘机取沙点挖沙堆放，结合现场确定2辆装载机给自卸汽车装沙，自卸汽车运输。
表2 试验段二自卸汽车运输时间记录表
根据表2试验数据分析，自卸汽车一次循环平均用时T总= t1+t2+t3+t4=13.20分钟。自卸汽车数量nQ=（T总/t1）×δ=（13.20/2.19）×0.95=6（辆）
综上计算，试验段二机械配置比例为挖掘机：装载机：自卸汽车=3：2：6，自卸汽车满载运沙的速度V1=5.74Km/h，空返的速度V2=6.80Km/h。
三、成本分析
3.1单价计算
选择1个台班，根据机械费用和倒运沙量来计算两个试验段倒运沙的单价。
3.1.1计算公式
M机=MW+MZ+MQ （3.1）
A=（单个台班×nQ×VQ）/T总 （3.2）
MS=M机/A （3.3）
式中：
M机——每个台班机械总费用，元；
MW——挖掘机单个台班总费用，元；
MZ——装载机单个台班总费用，元；
MQ——自卸汽车单个台班总费用，元；
A——单个台班倒运的沙量，m3/台班；
MS——倒运沙的单价，元。
古雷机械单价如表3所示。
表3 古雷机械台时费用明细表
3.1.2计算结果
（1）试验段一
M机=（1×210+3×220）×8=6960（元）；
A=（8×60×3×17.4）/16=1566（m3/台班）；
MS1=6960/1566=4.44（元/m3）
（2）试验段二
M机=（3×210+2×180+6×220）×8=18480（元）；
A=（8×60×6×17.4）/13.20=3796（m3/台班）；
MS2=18480/3796=4.87（元/m3）
综上计算得到试验段一的倒运沙单价为4.44元/m3，试验段二倒运沙的单价为4.87（元/m3）。
以上沙量均为松散方，围堰设计断面沙量为压实方，转换系数为1.34m3松散方=1m3压实方。因此MS1实=1.34×4.44=5.95（元/m3），MS2实=1.34×4.43=6.53（元/m3）。
3.2成本分析
3.2.1成本分析
根据上述倒运沙单价计算结果，可知在运距为400米的情况下，两种机械配置方案，单方倒运沙的价格差距为0.58元。Ⅰ-1区围堰的倒运沙量为125100m3，则两种配置方案下成本差距125100×0.58=72558元，即采取挖机+自卸汽车配合进行Ⅰ-1区围堰施工，可以节约成本72558元。
3.2.2产量分析
根据计算结果，在保证自卸汽车数量相同的情况下，即自卸汽车数量为6的时候，机械配置一的配置比例为挖掘机：自卸汽车=2：6，机械配置二的配置比例为挖掘机：装载机：自卸汽车=3：2：6。即两种情况下每天的倒运沙量分别为A1=3132（m3/台班），A2=3796（m3/台班），配置二单个台班的产量比配置一增加了664m3。
综合以上分析，两种方案配置对比得到，配置一相对配置二，节约了单方沙的倒运成本；配置二相对配置一，增加了施工成本，提高了施工强度。
结合古雷场区较大，能够容纳较多的车辆同时施工的情况。在运距为400米左右时，采取机械配置方案一，即挖掘机：自卸汽车=1：3时，能够在保证施工进度的同时，节约施工成本。
3.2.3综合分析
结合古雷实际施工情况，Ⅰ-1区南侧围堰为设计袋装沙围堰，长度为940.8米，从取沙点到围堰的距离为183～700米，根据试验段分析得到的价格，汽车行进速度，分析不同运距，两种机械配置的成本。
假设距离为L米，自卸汽车满载运沙速度为5.74Km/h，空返的速度是6.80Km/h。
（1）机械配置一
把距离L、运沙速度和空返速度带入公式（2.1）、（2.2）、（3.1）、（3.2）、（3.3）得：
T总=t1+t2+t3+t4=5.08+3.22+6×（L/574+L/680）；nQ=T总×δ/t1= 0.9T总/5.08；
M机=（1×210+nQ×220）×8；A=（480×nQ×17.4）/T总；MS一=M机/A；
根据公式，采用试算法计算出不同运距下倒运沙的机械成本如下表所示。
表4 不同运距下，机械配置一的单方沙倒运成本
（2）机械配置二
把距离L、运沙速度和空返速度带入公式（2.1）、（2.3）、（3.1）、（3.2）、（3.3）得：
T总=t1+t2+t3+t4=2.19+（6L/574）+3.23+（6L/680）=5.42+0.0193L（分钟）
nQ=（T总/t1）×δ=0.95×（5.42+0.0193L）/2.19=（2.35+0.00837L）（辆）
nw=n辆自卸汽车4个台时运沙量/1辆挖机4个台时挖沙量=（17.4×240n/T总）/（1×0.95×4×3600/15）
M机=8×（210nW+2×180+220nQ）
A=（60×8×17.4×n汽/T总）
MS2=M机/A=8×（210nW+360+220n汽）/（480×17.4n汽/T总）
根据公式，最后得到运距L与单方倒运沙单价MS2的函数关系，试算结果如下。
表5 不同运距下，机械配置二的单方沙倒运成本
以运距为横坐标，成本为纵坐标，得到机械配置一和机械配置二两种情况下成本与运距的关系如下图所示。
图5 运距与成本函数图
上述为不同配置方案，倒运沙单价和运距的函数走势折线图。可以看出，在运距为1.5公里以内，运距为700和1300米的情况下，两种机械配置方案的单方沙倒运成本相同，其他运距下则是机械配置一单方沙成本更低。结合古雷现场情况，在运距范围1.5公里以内，选取机械配置一进行施工，能够有效节约施工成本，提高施工效益。
四、结语
本次论文主要是从单方沙倒运成本出发，结合工程现场实际情况，选择不同的机械配置，要求在能够保证施工进度的同时，得到成本最低的机械配置方案，并应用于现场施工，最后达到工程降本增效的目的。
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[6] 吴永平.挖掘机——自卸车系统配置技术研究.长沙交通学院学报.2002.（3）
论文作者:冉胜1,田海涛2
论文发表刊物:《基层建设》2019年第2期
论文发表时间:2019/4/11
标签：机械论文; 汽车论文; 围堰论文; 挖掘机论文; 成本论文; 速度论文; 装载机论文; 《基层建设》2019年第2期论文;