施工机械的选择

1.8　施工机械的选择

1.8.1　施工机械使用性能及生产率

施工机械的施工对象是各种工程项目，也就是利用施工机械对各种工程项目进行机械化施工，以取得实物成果和经济效果。因此，了解施工机械的使用性能，对正确地使用机械是非常重要的。

施工机械的使用性能主要有：牵引性能、动力性能、机动性能、稳定性能和经济性能等。

1.牵引性能

对土方工程机械来说，牵引性能是一个重要的指标。它反映的是在各种作业速度下能够发出的最大牵引力。它直接影响着这些机械的作业性能与作业效率。牵引性能是用牵引功率和牵引效率来评价的，后者表明土方工程机械在工作时发动机功率利用的有效程度。

牵引性能反映在土方工程机械的牵引特性上，无论在机械设计中还是机械的使用中都是十分重要的。在使用过程中，牵引特性有助于合理地使用机械，有效地发挥它们的生产率。例如，推土机工作中突然遇到阻力增大时，往往由于驾驶员来不及调整铲土深度，而不得不脱开主离合器，否则会导致发动机熄火。这样不但损失机械的有效工作时间，而且频繁地操纵也会增加驾驶员的劳动强度和紧张状态，最终导致机械的生产率下降。所以正确地掌握各种机械的牵引性能，就便于掌握一定的切土深度，使机械尽可能地在接近额定有效牵引力的范围内作业。

2.动力性能

动力性能是反映施工机械在不同挡位行驶时所具有的加速性能，以及所能达到的最大行驶速度和爬坡能力。动力性能指标用动力因素来评价。动力性能直接影响机械的生产效率。

动力因素在土方工程机械上通常用D来表示：

动力因素反映了机械单位质量在除去风阻力、坡度阻力、惯性阻力等阻力总和后的切线牵引力。因此，在机械使用中应注意利用低挡起步、中挡作业、高挡行驶。在机械设计规定的最大坡度角度内工作，才能充分发挥机械的效能，确保机械稳定、安全生产。

3.机动性能

机动性能是反映施工机械在直线行驶时的稳定性和狭窄地点转向和通过的能力。机动性能与操纵性能有很大关系。操纵性能是以最小转弯半径来评价的，机动性能影响施工机械的适用程度。

4.稳定性

稳定性是表明施工机械作业时，在坡道上行驶时抵抗纵向和横向倾翻和滑移的能力。

5.经济性

经济性主要表示施工机械在作业过程中燃料消耗是否经济合理。它通常用两个指标来评价：一个是发动机油耗率，即每千瓦小时所消耗燃料的克数。这一指标可以用来比较相同机种不同型号机械经济性的好坏；另一个指标是发动机油耗量，即发动机每小时所消耗燃料的千克数，这一指标可以用来核算作业成本。

6.施工机械生产率

一台施工机械1h或一个台班（以8h计）完成的工作量称为生产率。它是编制施工计划、估算施工费用以及进行机械组合配套的依据。

生产率基本计算公式：

一般在施工现场所配备的施工机械，由于作业情况和生产故障，并不是所有机械都在运行中，即使运行中的机械，其实际作业时间也完全相同，作业效率也不一样。假定运行效率为K_n、作业时间利用率为K_B、作业效率为k_q、机械工作装置的容量为V_q，则一台施工机械在单位时间内完成的工作量为

假定运行效率K_n=1则

作为施工计划基础的生产率有三种：

（1）理论生产率Q_L

理论生产率是指机械在设计的标准条件下，连续不断地进行工作的生产率。理论生产率与机械的构造有关，它不考虑施工的具体条件。一般机械使用说明书上的生产率，即为该机械的理论生产率。

（2）技术生产率Q_J

技术生产率是指在具体施工条件下，机械连续工作的生产率。它考虑了工作对象的性质、状态以及机械能力发挥的程度等因素。这种生产率是可以争取达到的生产率。如在某一时期内，测定到的正常损失时间为t_R，实际作业时间为t_N，则在具体的施工条件下，正常作业时间效率k_W。

（3）实际生产率Q_S

实际生产率是指在具体的施工条件下，考虑施工组织及施工现场的具体生产条件时，机械所能达到的生产率。

如上诉述，施工机械的生产率有理论生产率、技术生产率和实际生产率三种。在编制施工计划时应选用哪种生产率较为合适呢?通常在编制施工组织计划和平衡各项工程的施工机械作业能力时，应使用理论生产率和技术生产率，而实际生产率可作为工程计划和估价的基础。

1.8.2　施工机械的合理选择与组合

机械产量定额也称定额生产率，是我国或某一基建部门按同类型平均水平而制定的统一标准。它是施工预算和竣工决算的依据，也是衡量施工生产率高低的尺度。

定额生产率分单项和综合两种，前者多用在对具体施工点选择机型和确定机械使用数量时作为依据，后者多用于施工预算和竣工决算。

施工机械种类、规格繁多，各种机械又有着自身独特的技术性能和作业范围，一种机械可能有多种用途，而某一施工内容往往可以采用不同机械去完成，或者需要若干机种联合工作。

为了获得最佳的技术经济效果，根据具体的施工条件，对施工机械进行合理的选择和组合，使其尽可能发挥大的效能，是机械化施工中的一个非常重要的环节。

1.选择施工机械的原则

工程量和施工进度是合理选择机械的重要依据。一般地，为了保证施工进度和提高经济效益，施工量大时采用大型机械，而施工量小时则采用中型、小型机械。但这不是绝对的，因为影响机械施工的因素是多方面的。

例如，一项大的工程，由于受道路、桥梁等条件的限制，大型机械不易通过，如果为了运输问题而再修道路，这是很不经济的，因此，考虑使用较小型的机械进行施工，更为合理。因此，选择施工机械时应遵循下述原则：

（1）施工机械与工程具体情况应相适应

在路基工程中，施工范围非常广泛，施工条件千变万化，选用的施工机械一方面其类型应适合于工地的气候、地形、土质、施工场地大小、运输距离、施工断面形状尺寸、工程质量要求等；另一方面，机械的容量要与工程进度及工程量任务相符合，尽量避免因机械工作能力不足或剩余，造成延缓工期或机械利用效率太低的现象，在条件允许的情况下，尽量选择最能满足施工内容的机种和机型。

（2）使用机型应有较好的经济性

施工机械经济性选择的基础是施工单价，主要和机械固定资产消耗及运行费等因素有关。固定资产消耗与施工机械的投资成正比，包括折旧费、大修费和投资的利息等费用；而机械的运行费用则是与完成施工量成正比的费用，包括劳动工资、直接材料费、燃料费、润滑材料费、劳保设施费等等。采用大型机械进行施工，虽然一次性投资大，但它可以分摊到较大的工程量当中，对工程成本影响较小。因此在选择机械时，必须权衡工程量与机械费用的关系，同时要考虑机械的先进性和可靠性，这是影响经济效益的重要因素。采用先进的机械设备，由于其技术性能优良、构造简易、易于操作、故障与维修费大大降低，最终可取得较好的经济效益。

（3）应能保证工程质量要求和施工安全

这是与上述两点密切相关的，根据工程的技术要求，选择合适的施工机械是保证工程质量的重要因素之一。对于技术要求高的作业项目，应考虑采用性能优良或专用的机械，以保证工程质量和较高的生产率。但应注意不可片面追求高性能专用机械，应在满足工程质量要求的前提下，与机械的通用性相结合。同时，机械应具有可靠的安全性能，如行驶稳定，有翻车或落体保护装置、防尘隔音、危险施工项目可遥控作业等。此外，在保证施工人员、设备安全的同时，应注意保护自然环境。施工现场及其附近已有的其他建筑设施，不应因采用机械施工而受到破坏或质量降低。

（4）机械的合理组合

合理地进行机械组合是发挥机械设备效能的重要因素，也是机械化施工的一个基本要求，它包括技术性能和机械类型及其数量两个方面合理配置的问题。

①主要机械与配套机械的组合。与主要机械相配套的配套机械，其工作容量、数量及生产率应稍有储备。机械的工作能力应配合适宜，以充分发挥主要机械的生产率。例如，挖掘机与运输车辆配合作业时，挖掘机的铲土容量与运输车车厢容量应协调，一般以3～5斗能装满运土车车厢为宜，以保证作业的连续性。

②牵引车与配套机具的组合。路基施工中，经常会有些辅助性机具或拖式机械没有独立的动力行走装置，需要配以另外的牵引车牵引工作，这时，两者组合要协调、平衡，应避免动力剩余过大造成浪费，或动力不够而不能完成要求的作业。

③配合作业机械组合数尽量少。组合数越多，其总的效率就越低，例如，两台效率均为0.9 的机械组合时，其总效率只有：0.9×0.9=0.81，而且每一组合中，当其中一台发生故障停车时，组合中的其他机械便无法正常工作。因此，在能完成作业内容的前提下，应尽量减少机械组合的数量。

为了避免上述不利情况的发生，应尽可能地组织多个系列的组合，并列进行施工，从而减少因组合中一台机械停驶而造成全面停工的现象，减少配合机械工作能力的损失。

④尽量选用系列产品。整个机械化施工中，应减少同一功能机械的品种类型，力求尽可能使用统一、标准化的系列产品，以便于维修和管理。

除此之外，施工单位要结合机械装置情况及机械完好率、新购机械的可能性等具体实际情况，对机械进行选择和组合。因地制宜，机械化、半机械化相结合，确实做到技术上合理和经济上有利，达到两方面的有机统一。

2.施工机械选择方法

在公路工程施工中，选择机械时有各种各样的考虑。根据机械的技术性能，针对各项作业的具体情况，可由下述几个方面出发，进行机械的合理选择。

（1）根据作业内容选择

路基工程施工作业内容包括：土石方挖掘、装载、运输、填筑、压实、整形及挖沟等基本内容，以及伐树除根、松土、爆破、表层清理和处置等辅助性作业，每种作业都由相应的施工机械完成实践表明，对于中小型工程，选择通用性较好的机械较为经济合理；而大型工程，应当更注重根据作业内容进行选择，才能获得最佳的技术经济指标。具体选择时，首先选定作业的主要机械，再根据其生产能力、工作参数及施工条件选择辅助机械，以保证工程连续均衡地开展。

（2）根据土质条件选择

土石是机械施工的主要对象，其性质和状态直接影响施工机械作业的质量、工效及成本等，因此，土质条件是选择机械的一个重要的依据。

①根据机械通行性决定

所谓通行性是用以表示车辆，特别是工程车辆在土质等条件限制下，在工地行驶的可能程度。

②根据土质的工程特性选择

土质条件不仅对机械的通行性有影响，而且也左右着机械进行各种施工作业的可能性和难易程度。工程特性不同的土质，施工时应选择不同的机械。

为了便于选择施工机械，我们称较为干燥的黏土、砂石、砂粒石、软石、块石和岩石等为硬土；称淤泥、流沙、沼泽土和湿陷性大的黄土、黑土及软弱黏土（含水量较大）等为软土。

③根据运距选择

根据运距选择机械，主要针对铲土运输机械而言，考虑土的状态、性质及工程规模，结合现场条件。

④根据气象条件选择

气象条件也是影响机械施工的因素之一，如雨季、冬季施工时，应特别加以考虑。

雨或积雪融水会直接影响土的状态，从而导致机械通过性下降，工作性能变坏。我国大部分地区都有程度不同的连续降雨天气，即雨季。在此期间，如不停工就不得不考虑使用效率较差的履带式机械，代替干燥条件下机动灵活、效率较高的轮胎式机械进行作业。

⑤冬季施工使用的机械

冬季施工所使用的机械，应考虑进行冻土开挖、填筑、碾压等作业时，机械施工能否达到规定的技术要求，同时，应选用与破冻土等特殊作业相适应的机械，如松土器、冻土犁等。选择合适的施工机械，还要考虑与工程间接有关的条件，比如对较大的单位来说，同时可能承担几个不同的施工任务，这时应考虑机械设备相互之间的协调与配合。此外，诸如电力、燃料、润滑材料的供应，机械维修与管理，机械的迁移等，都对选择机械有一定的制约。要综合分析，抓住主要矛盾，选择经济适用的机械。

⑥作业效率

在计算施工机械生产率时，一般都是在假定的标准工作条件下进行的，但实际工程施工中，各种条件是千变万化的，那么，在特定的施工条件下，机械的工作能力（生产率），应是在计入作业效率后而确定。对于不同的机械，在相同条件下，作业效率是不相同的，准确地求出作业效率是困难的。