Введение к работе
Актуальность темы. Лесотранспорт в лесозаготовительном производстве в значительной мере определяет возможность и эффективность непрерывного лесопользования. В настоящее время вывозка лесоматериалов производится преимущественно автомобильными поездами. Транспортная фаза лесозаготовок обладает наибольшей капиталоемкостью. В себестоимости лесоматериалов доля транспорта достигает 44-48 %, а трудоемкость в составе производственных операций лесозаготовок составляет 25-30 %.
Вывозка хлыстов с лесосек осуществляется в основном двухзвен-ными автопоездами. Серьезные недостатки, с которыми сталкиваются при их эксплуатации, усугубляются, если для вывозки лесоматериалов используются дороги общей сети. Постоянное увеличение объема вывозки лесоматериалов по дорогам общего пользования требует решения проблем лесотранспорта.
В европейской части России наблюдаются деконцентрация разрабатываемых лесосек и возрастание объема заготовки и вывозки сортиментов. В этих условиях эффективно работают автопоезда с навесными гидроманипуляторами, для которых важными проблемами, требующими решения, являются: рациональное размещение гидроманипулятора и лесоматериалов на транспортном средстве, эффективная организация и нормирование труда. Поэтому обоснование рациональных способов и параметров загрузки автомобильных поездов на вывозке лесоматериалов, совершенствование технологии и повышение эффективности их работы сегодня чрезвычайно актуальны.
Работа выполнялась автором в соответствии с темами: «Исследование и совершенствование автомобильной вывозки древесины в леспромхозах Всесоюзного лесопромышленного объединения "Кировлес-пром"» (№ ГР 0182.4.0111.90); «Вопросы теории и практики строительства и эксплуатации лесовозных дорог» (№ ГР 0182.2003308); «Разработка методологии системного проектирования сети лесных дорог и способов перевозки древесины» (№ ГР 01860126422); «Обоснование технологических параметров самозагружающихся транспортных средств при сортиментной вывозке древесины от рубок ухода» (№ ГР 01.9.90.001028) и Федеральной программой развития лесопромышленного комплекса Российской Федерации, утвержденной Постановлением Правительства Российской Федерации № 1123 от 20.11.95 г., а также с темой № 1.1.04 «Математическое и физическое моделирование технических, биологических и экономических объектов», разрабатываемой по заданию Министерства образования Российской Федерации в 2004 году.
Цель работы. Обоснование рациональных способов и параметров загрузки автомобильных поездов, обеспечивающих повышение эффективности вывозки лесоматериалов.
Объект исследований. Транспортируемые лесоматериалы и лесовозные автопоезда.
Предмет исследований. Параметры размещения пачек лесоматериалов на автопоезде, математические модели, алгоритмы и программы, описывающие способы размещения лесоматериалов и гидроманипулятора на транспортном средстве, процессы погрузки и вьпрузки лесоматериалов и формирования звеньев автопоездов.
Методы исследований. Теоретические исследования выполнены с использованием методов математического моделирования, системного анализа, теории вероятностей, математической статистики, имитационного моделирования. При проведении натурных производственных исследований использовались методы тензометрии, теории планирования эксперимента, фотохронометражные наблюдения.
Научная новизна работы заключается в решении комплекса задач по повышению эффективности вывозки лесоматериалов автомобильными поездами по результатам математического моделирования их функционирования, загрузки лесоматериалами, обоснования новых конструкций прицепного состава и способов производства смежных с транспортом технологических операций.
Получены результаты статистического анализа параметров и регрессионная зависимость загруженности автомобильных поездов, отличающиеся комплексной оценкой степени использования их нормативных характеристик при транспортировке различных лесоматериалов.
Разработана методика формирования состава лесовозного автопоезда, отличающая учетом: изменения действия на автопоезд сил на наклонном участке пути; влияния прицепных единиц и навесного гидравлического манипулятора на автомобиль-тягач и на величину допустимой полезной нагрузки; ограничения полезной нагрузки автопоезда его грузовместимостью и возможностью размещения груза на подвижном составе.
Составлены математические модели и алгоритмы формирования и технологии работы звена автопоездов, отличающиеся учетом состава погрузочно-транспортного звена, способов организации и продолжительности загрузки, разгрузки и простоев автопоездов.
Обоснована методика определения параметров размещения длинномерных лесоматериалов на кониках подвижного состава, отличающаяся учетом плотности укладки лесоматериалов по длине пачки и ограничения габаритной высоты транспортного средства.
Разработана методика и получены данные, позволяющие нормировать труд водителей автопоездов с навесными гидроманипуляторами с
учетом различных факторов при определении продолжительности их загрузки и разгрузки.
Обоснованы защищенные авторскими свидетельствами СССР № 1634179, № 1727705 и патентом РФ на изобретение № 2053946 способы: загрузки автопоездов на вывозке полухлыстов и сортиментов по дорогам общего пользования; производства лесосечных, погрузочно-разгрузочных и штабелевочных работ. Обоснованы новые конструкции прицепа-роспуска для вывозки полухлыстов, защищенные патентами РФ на изобретения № 2183167 и № 2240239.
Практическая значимость исследования состоит в повышении эффективности работы лесовозных автомобильных поездов путем разработки теоретических и экспериментальных методов обоснования их состава для различных лесных грузов, способов и параметров загрузки лесоматериалами. Применение рекомендуемых способов загрузки автопоездов полухлыстами обеспечивает повышение рейсовых нагрузок и производительности без перегрузки коников и осей подвижного состава. Вывозка сортиментов автопоездами с навесными гидроманипуляторами и звеньями автопоездов, сформированными в соответствии с разработанными рекомендациями, обеспечивает снижение затрат на погрузку и выгрузку лесоматериалов, повышение производительности и эффективности работы лесовозных автопоездов. Научно обоснованная продолжительность цикла на погрузке и выгрузке лесоматериалов навесными гидроманипуляторами позволяет нормировать труд водителей лесовозных автопоездов.
Научные результаты, выносимые на защиту
Получены результаты статистического анализа параметров и регрессионная зависимость загруженности автомобильных поездов при транспортировке лесоматериалов, позволяющие оценить степень использования нормативных характеристик лесовозного подвижного состава.
Разработана методика формирования состава лесовозного автопоезда, учитывающая изменение действия на него сил на наклонном участке пути, влияние прицепных единиц и навесного гидравлического манипулятора на автомобиль-тягач и на величину допустимой полезной нагрузки, ограничения полезной нагрузки автопоезда его грузовместимостью и возможностью размещения груза на подвижном составе.
Предложены математические модели, алгоритмы формирования и технологии работы звена автопоездов с навесными гидро манипуляторами и без них, позволяющие рассчитывать его состав с учетом способов организации и продолжительности загрузки, разгрузки и простоев автопоездов.
4. Разработана методика расчета параметров транспортируемого
груза и его размещения на подвижном составе, способы загрузки лесо-
возных автопоездов, позволяющие учитывать изменение коэффициента полнодревесности поперечных сечений пачки лесоматериалов по ее длине и ограничения габаритной высоты транспортного средства, увеличить полезные рейсовые нагрузки без перегрузки отдельных элементов автопоезда.
5. Получены результаты производственных исследований и регрес
сионные зависимости продолжительности погрузки и выгрузки лесома
териалов навесными гидроманипуляторами, позволяющие учитывать
число захватываемых грейфером сортиментов, параметры сортиментов
и расстояния их перемещения.
6. Предложены способы производства лесосечных, погрузочно-
разгрузочных и штабелевочных работ и конструкции прицепов-
роспусков, защищенные авторскими свидетельствами СССР и патентами
РФ на изобретения, позволяющие повысить эффективность работы лесо
возных автопоездов, расширить их эксплуатационные возможности.
Достоверность и обоснованность научных положений, выводов и рекомендаций подтверждается корректным применением методов математической статистики и математического моделирования, адекватностью полученных математических моделей исследуемым объектам, положительными оценками применения рекомендаций на лесозаготовительных предприятиях, выполнением исследований с использованием современных средств вычислительной техники.
Личный вклад автора. Все необходимые теоретические исследования и расчеты выполнены лично автором или под его руководством по заказам федеральных и региональных органов лесопромышленного комплекса России и Минобразования РФ. Соискателем поставлена и решена транспортно-производственная задача оптимизации загрузки автомобильных поездов и транспортировки лесоматериалов. Им разработаны и усовершенствованы: методика теоретических, экспериментальных исследований и обработки данных загруженности автопоездов на транспортировке лесоматериалов; математические модели определения допустимых полезных нагрузок автомобильных поездов; методика формирования состава лесовозного автопоезда и звеньев автопоездов; алгоритм поиска оптимального решения задач по выбору геометрических параметров размещения лесоматериалов на автопоезде; технологии работы звена автопоездов с навесными гидроманипуляторами и без них; способы размещения лесоматериалов на автопоездах, позволяющие увеличить полезные рейсовые нагрузки без перегрузки отдельных элементов автопоезда; новые способы и технические решения по совершенствованию процессов производства лесосечных, погрузочно-разгрузочных и штабелевочных работ, обеспечивающих рекомендуемые способы загрузки автомобильных поездов.
Апробация работы. Основные положения и результаты диссертационных исследований докладывались, обсуждались и были одобрены:
на 12 международных научных, научно-технических и научно-практических конференциях в городах: Воронеже (1998, 1999, 2009); Екатеринбурге (1999); Йошкар-Оле (1999, 2001); Брянске (2000); Сыктывкаре (2000); Петрозаводске (2001); Санкт-Петербурге (2003); Нижнем Новгороде (2009); Мурманске (2010);
на 7 Всероссийских научно-практических конференциях в городах: Нижнем Новгороде (1999); Йошкар-Оле (1999, 2004, 2008); Воронеже (1999); Красноярске (2002); Томске (2009);
на ежегодных научных конференциях по итогам научно-исследовательских работ Марийского государственного технического университета (1990-2011).
Реализация работы. Основные научные положения и результаты исследований применялись:
при обследовании уровня организации работы 15 лесовозных автомобильных дорог в Кировской области и разработке мероприятий и рекомендаций по повышению эффективности вывозки лесоматериалов по ним;
при разработке таблиц для определения основных параметров размещения хлыстов на лесовозном автопоезде, упрощающих расчет необходимого межконикового расстояния в производственных условиях, которые приняты к использованию объединением «Кировлеспром»;
при обосновании состава и технологических параметров автопоездов с навесными гидроманипуляторами для вывозки сортиментов от рубок ухода по заказу Комитета по лесному хозяйству Республики Марий Эл;
в учебном процессе в МарГТУ при дипломном и курсовом проектировании, а также в научно-исследовательской работе студентов.
Результаты исследований отражены в 22 научно-технических отчетах МарПИ и МарГТУ по темам с государственной регистрацией, в которых материалы автора диссертации составляют 580 страниц.
Публикации. Основное содержание диссертации и результаты выполненных исследований опубликованы в 72 работах, включая 2 монографии, 5 авторских свидетельств и патентов на изобретения, 2 свидетельства на регистрацию программ, 5 учебных пособий и 58 научных статей, в том числе в изданиях, рекомендованных ВАК, - 15.
Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, 7 глав, основных выводов и рекомендаций, списка использованной литературы из 312 наименований и 10 приложений. Объем работы составляет 399 страниц машинописного текста, в том числе 323 страницы основного текста, 66 рисунков, 47 таблиц и 76 страниц приложений.
