Содержание к диссертации
Введение
1. Анализ проблемы организации производства транспортировки уникальных негабаритных грузов авиационным транспортом 10
1.1. Анализ общей системы классификации грузов и место уникальных негабаритных грузов в этой системе 10
1.2. Системная характеристика видов транспорта и подвижного состава. Анализ проблем организации производства перевозок уникальных негабаритных грузов 18
1.3. Анализ транспортных средств для организации производства авиационных перевозок грузов 31
1.4. Анализ существующих средств передвижения и закрепления для организации производства авиационных перевозок. Постановка задачи исследования 40
2. Исследование и разработка методики организации производства авиационных перевозок уникальных негабаритных грузов 51
2.1. Исследование рынка авиационных перевозок уникальных негабаритных грузов 52
2.2. Особенности уникальных негабаритных грузов с точки зрения авиаперевозок 57
2.3. Разработка методики моделирования погрузочно-разгрузочных процессов 63
2.4. Исследование габаритно-массовых характеристик уникальных негабаритных грузов для организации производства перевозок 70
2.5. Методика определения соответствия перевозочных характеристик груза и воздушного судна 74
3. Разработка погрузочно-разгрузочного комплекса уникальных негабаритных грузов 100
3.1. Разработка тактико-технического задания на погрузочно-разгрузочного комплекс 101
3.2. Синтез основных параметров погрузочно- разгрузочного комплекса транспортного воздушного судна 111
3.3. Разработка требований к транспортабельным элементам погрузочно-разгрузочного комплекса 116
3.4. Разработка производственных и эксплуатационных требований к технологичности конструкции погрузочно-разгрузочного комплекса 122
3.5. Расчет усилий в швартовочных связях погрузочно-разгрузочного комплекса 127
4. Расчет экономического эффекта применения специализированных погрузочно-разгрузочных комплексов 144
4.1. Оценка существующих погрузочно-разгрузочных комплексов для авиаперевозок уникальных негабаритных грузов 144
4.2. Обобщенный расчет экономической эффективности от внедрения специализированных погрузочно-разгрузочных комплексов 155
4.3. Общие технические требования к разработке специализированных погрузочно-разгрузочных комплексов и рекомендации по их эксплуатации 167
Заключение 177
Список использование источников 179
Приложения
- Системная характеристика видов транспорта и подвижного состава. Анализ проблем организации производства перевозок уникальных негабаритных грузов
- Особенности уникальных негабаритных грузов с точки зрения авиаперевозок
- Синтез основных параметров погрузочно- разгрузочного комплекса транспортного воздушного судна
- Обобщенный расчет экономической эффективности от внедрения специализированных погрузочно-разгрузочных комплексов
Введение к работе
В настоящее время в ряде мировых отраслей промышленности, таких как нефтехимическая, энергетическая, машиностроительная, газовая, газодобывающая и других наблюдается тенденция к разработке и производству крупногабаритных и тяжеловесных агрегатов и установок, транспортировка которых в собранном виде представляет собой определенную техническую проблему. Невозможность разборки на отдельные более мелкие блоки подобных крупногабаритных и тяжеловесных агрегатов и установок с целью транспортировки и последующей сборки в ряде случаев является принципиальной, поскольку это может быть связано со значительными стоимостными затратами, временными затратами, что так же немаловажно, а в некоторых случаях, как показывает опыт, это приводит к потере определенного процента мощности. В этой связи во всем мире изыскиваются возможности транспортирования уникальных негабаритных грузов, занимающих определенную нишу среди крупногабаритных и тяжеловесных грузов, в нерасчлененном виде или крупными блоками.
До начала 90-х годов основными видами транспорта, занимающихся перевозками вышеупомянутых категорий грузов, считались железнодорожный, автомобильный и водный. К услугам авиации прибегали крайне редко, когда основной сдерживающий фактор - высокие тарифы на грузовые перевозки - не имел решающего значения, а приоритетными считались временные ограничения. Другой причиной, по которой воздушные перевозки уникальных негабаритных грузов не получали развития, стало полное или частичное отсутствие в гражданском флоте специализированных транспортных самолетов с большой коммерческой нагрузкой, которые имели бы достаточные габариты грузовой кабины. Появление на коммерческих авиалиниях широкофюзеляжного транспортного самолета Ан-124-100 создало предпосылки для возникновения и развития нового сектора рынка -рынка авиационных перевозок уникальных негабаритных грузов. Основные
преимущества авиационного транспорта - скорость, низкие страховые расходы, большая дальность и минимальное количество перегрузок - стали повышать регулярность грузовых рейсов. Тем не менее, остается еще множество проблем, связанных с перевозками уникальных негабаритных грузов, большинство из которых не лежат на поверхности и их решение требует детальной проработки.
Основная проблема организации процесса производства перевозок УНТ на воздушном транспорте - это разнообразие их массово-геометрических характеристик, что требует разработки новых методов их адаптации к техническим возможностям воздушного судна. Каждый случай проработки будущего рейса перевозки уникального негабаритного груза представляется как совокупность решений, требующая индивидуального подхода, применения специальных методик разработки системы организации транспортировки грузов подобного рода и, конечно же, принятия мер по обеспечению безопасности всего перевозочного процесса.
На основании вышеизложенного сформулируем цель настоящей диссертации в следующем виде: разработка и исследование организации производства авиационных перевозок уникальных негабаритных грузов с учетом согласования массово-геометрических характеристик с эксплуатационными характеристиками транспортных воздушных судов.
Исходя из этой формулировки, основными задачами исследования являются:
Системная характеристика видов транспорта и подвижного состава. Анализ проблем организации производства перевозок уникальных негабаритных грузов
Часть перевозок крупногабаритных и тяжеловесных грузов (КТГ) осуществлялась и осуществляется железными дорогами, имеющими существенное ограничение по габаритам и нагрузкам. Рост объемов производства КТГ привел к увеличению трудностей в его железнодорожных перевозках, появилось оборудование с массой и размерами, исключающими его доставку только этим видом транспорта. В идеальном случае современная технология транспортирования должна обеспечивать доставку грузов «от двери до двери», что особенно актуально при строительстве объектов «под ключ». Доставка КТГ повышенной степени заводской готовности к строящимся промышленным и энергетическим объектам — сложная задача, решение которой связано со значительным экономическим эффектом. Можно утверждать, что с учетом затрат на транспорт экономия средств при этом может достигать 20 25% от стоимости перевозимого оборудования, образующейся при его сборке на месте строительства [ 3 ]. В бывшем СССР организацию и осуществление таких перевозок с комплексным использованием специализированного автомобильного, морского, речного, воздушного и железнодорожного транспорта выполняло объединение «Спецтяжавтотранс», которое в настоящее время преобразовано в акционерную холдинговую компанию «Спецтяжтранс-Холдинг».
Технической базой системы перевозок КТГ являются автомобильные прицепы-тяжеловозы единичной грузоподъемностью 900 тонн (максимальная грузоподъемность автопоезда 1,5-1,7 тыс. т), железнодорожные транспортеры грузоподъемностью до 500 т, речные баржи-площадки грузоподъемностью до 1 тыс. т, понтоны смешанного плавания «река-море» грузоподъемностью до 2 тыс. т, трюмные и палубные суда класса «река-море», морские суда типа Ро-Ро, Ро-Флоу и др. К числу основных новых технологических решений, созданных и внедренных в практику перевозок КТГ, относятся: - широкое внедрение бескрановых способов выполнения погрузочно-разгрузочных работ, в т.ч. на необорудованном берегу; - эффективные методы расчета автодорог, позволяющие широко использовать автозимники, грунтовые дороги; - использование информационно-поисковых системы для изыскания оптимальных маршрутов; - применение отечественных консольных прицепов-тяжеловозов с минимальной погрузочной высотой и штатными гидроподъемниками; - широкое использование способов перевозки КТГ по водным магистралям «на плаву», спуск такого оборудования в воду скатыванием и последующая выгрузка выкатыванием; - снижение степени негабаритности несимметричных грузов за счет использования допускаемых величин смещения центра тяжести; - инструментальное определение фактических масс КТГ и положения центров тяжести и основанное на этом оптимальное перераспределение нагрузок на транспортеры; - технология автоперевозок в экстремальных условиях (зимой, в горах, городах и др.); - использование сезонных изменений уровней рек для выполнения по-грузочно-разгрузочных работ; - использование универсальной оснастки на смешанных перевозках, одновременное использование длинноходовых электрических домкратов и др. На основе опыта внедрения разработанных технологий в настоящее время созданы способы и средства выполнения транспортных и погрузочно-разгрузочных работ с моногрузами массой 1000,1300 и более тонн. Сложность организации процесса транспортировки КТГ состоит не только в больших числовых значениях каждого параметра, но и в такой особенности, как отсутствие достаточной тесноты связей между параметрами, что сказывается на выборе рационального типа подвижного состава. В перевозках КТГ уместно определиться в понятии транспортабельности на подвижном составе данного вида транспорта. Определим транспортабельность крупногабаритного тяжеловесного груза как техническую возможность доставки груза в нерасчлененном виде на существующих транспортных средствах с учетом трудоемкости дополнительных работ по подготовке груза к перевозке, трассы, мест перегрузки и особенностей технологии перевозки и перегрузки. Транспортабельность на данном виде транспорта оценивается, прежде всего, соответствием габаритов и массы груза ограничениям, имеющимся на данном виде транспорта. При выборе вида транспорта для перевозок при расстояниях, характерных для перевозок КТГ в нашей стране, вопрос стоимости занимает одно из центральных мест. Мировая практика доказала, что транспортные расходы при перевозках КТГ оправданы даже при 30% его стоимости [10]. Перевозка водным транспортом является наиболее дешевой, особенно если есть возможность применить современную технологию перевозки на плаву и перегрузку по стапелям. Однако при этом требуется, как правило, подвоз или вывоз груза наземными видами транспорта, т.е. смешанное сообщение. Долгое время применение смешанного водно-автомобильного сообщения сдерживалось отсутствием материально-технической базы, особенно у речного транспорта в северных и северо-восточных районах страны. Крупные предприятия, имеющие выход к водным артериям страны, до появления тяжеловесных крупногабаритных грузов не были заинтересованы в строительстве капиталоемких береговых сооружений. В настоящее время положение меняется. Смешанное водно-автомобильное сообщение получает более широкое распространение по сравнению с железнодорожным транспортом не только в связи с возможностью перевозки грузов большей массы, но и в связи с тем, что водные виды транспорта имеют широкий арсенал перегрузочных средств большой и особо большой грузоподъемности (краны 300, 400, 600, 1200 т типов «Богатырь», «Судоподъем», «Витязь» и др.). Кроме того, появление судов река — море и судов с горизонтальной погрузкой (РО-ФЛОУ, РО-РО) со специальной аппарелью и перегрузочными кранами позволяет упростить отдельные технологические процессы и широко применять прогрессивную технологию «на плаву» или на штатных специальных понтонах Опыт доставки отдельных КТГ показал, что перевозка по железной дороге не всегда выгоднее смешанного водно-автомобильного сообщения. Например, стоимость перевозки атомного реактора с «Атоммаша» для Запорожской атомной электростанции в смешанном водно-автомобильном сообщении оказалась на 19,4% ниже, чем по железной дороге, при этом на 28 су ток уменьшился срок подготовки груза к перевозке и самой перевозки, сократилась трудоемкость монтажных работ [7].
Особенности уникальных негабаритных грузов с точки зрения авиаперевозок
С точки зрения авиаперевозчика любой груз есть совокупность геометрически определенного твердого тела, имеющего точки, поверхности опоры, конечные параметры линейных размеров, и, самое главное, массы. Причастность его к какой-либо отрасли по функциональному назначению диктует лишь особенности перевозки, накладывая определенные ограничения. Например, перевозка спутника и нефтяного оборудования при их одинаковых массово-геометрических характеристиках будет в корне отличаться хотя бы потому, что для спутника необходимо четко выдерживать параметры температуры, давления внутри грузовой кабины, сохранять строго заданные вертикальные скорости набора высоты и снижения и т.д. Для транспортировки нефтяного оборудования этого не требуется, достаточно обеспечить размещение и закрепление груза внутри воздушного судна.
Характер воздействия массы груза на пол грузовой кабины определяет конфигурация основания груза - его опорные точки, поверхности, их взаимное расположение. От этого во многом зависит необходимость разработки дополнительного оборудования. При этом планирование погрузочно-разгрузочных работ напрямую зависит от характера груза, его способности к самопогрузке. Гораздо проще и быстрее загрузить самоходную технику.
Вышеприведенные аспекты и многие другие говорят о необходимости проведения исследования рынка авиационных перевозок уникальных негабаритных грузов, рассмотрения их массово-геометрических характеристик, а также соответствия характеристик уникальных негабаритных грузов с характеристиками транспортного воздушного судна.
По оценкам российской Ассоциации грузовых авиакомпаний, объем международного рынка грузовых авиационных перевозок сегодня составляет свыше 50 млрд. долл. (рис. 2.1). Из них 75 % - приходится на США, 12 % на страны Азии и 10 % на Западную Европу [31 ]. Рост рынка авиационных грузовых перевозок обусловлен стабильным наращиванием объемов мировой торговли. К 2020 году объем воздушных перевозок в мире приблизится к 500 млрд. т/км по сравнению с 150 млрд. т/км в 2000 году, то есть увеличится более чем в три раза.
Значительный рост объема грузовых перевозок (до 7%) наблюдается в государствах Азиатско-Тихоокеанского региона после экономического спада 1997-99 годах, и данная тенденция может сохраниться на ближайшие десять лет (табл. 2.1) [51].
Ожидается, что в последующие 20 лет Азия заменит США как основной регион авиатранспортной деятельности, объем перевозок в котором, к 2015 году составит около 61% мировых перевозок.
Рынок грузовых перевозок условно принято делить на сегменты: рынок челночного груза; рынок экспресс перевозок (преимущественно это почта); рынок миротворческих операций; рынок уникальных негабаритных грузов.
Воздушные грузовые перевозки являются более дорогими, чем другие виды грузовых перевозок, однако они обеспечивают более быструю и надежную доставку. В денежном выражении на долю воздушных перевозок приходится 40% всех транспортируемых грузов в мире, но по весовому показателю они составляют лишь 2%. Исследования показывают, что особое место занимают перевозки тяжелых и уникальных негабаритных грузов, рост которого со ставит 10,5% в год. Решающую роль на данном рынке сыграл самый грузоподъемный из всех ныне существующих самолетов Ан-124-100 «Руслан». Именно появление данного самолета вызвало возникновение и рост данного рынка. В ближайшие 10 лет адекватной замены этому самолету не будет. В западных странах не оказалось самолетов, способных конкурировать с «Русланом».
Структура объема российских грузоперевозок на мировом рынке уникальных и негабаритных грузов распределяется следующим образом: доля перевозок в Европу, Южную и Северо-Восточную Азию составляет 30%, еще 30% приходится на миротворческие операции в Африке, и 40%) составляет рынок контрактных перевозок. Если в 1998 г. компании РФ получили доход от этих видов перевозок в размере 158 млн. $, то в 2000 г. 237 млн. $. Правда, в 2001 году мировой спрос в данном секторе сократился до 178 млн. $. В результате по объему заработанных средств этот сегмент рынка стал вторым после чартерного по доходности [56].
Наблюдается рост объемов грузовых перевозок в странах СНГ в среднем на 5%, особенно в республиках Беларусь (237%) и Украина (121%). Основной объем перевозок в республиках СНГ (за исключением РФ) осуществляется на международных воздушных линиях. По объему грузовых перевозок Украина занимает второе место после РФ. Это связано с большим парком самолетов Ан-124-100 у компании «Antonov Air Lines».
Наибольший интерес вызывает Китайский авиарынок, который по данным Управления гражданской авиации Китая (УГАК) в период до 2015 года будет расти в среднем по 8,5%) в год. Для успешного развития данного рынка в настоящее время в Китае проводится реструктуризация авиаперевозчиков. Из 34 перевозчиков к 2005 году на рынке останется около 15 крупнейших, разбитых в основном на три группы. [50].
Синтез основных параметров погрузочно- разгрузочного комплекса транспортного воздушного судна
В настоящем разделе рассмотрим синтез основных параметров погрузочно-разгрузочного комплекса транспортного воздушного судна прежде всего с позиции надежности этой системы.
Исследования причин отказов авиационного оборудования, к которому, безусловно, относится и технологическая оснастка, показывают, что примерно 40 - 45 % общего количества отказов происходит от ошибок, допущенных в ходе проектирования, 20% - от ошибок, допущенных при производстве, 30% -за счет нарушений в процессе эксплуатации и только 5 - 7% - от естественного износа и старения [34]. Для решения задач надежности авиационной техники (AT) пользуются количественными характеристиками или критериями (показателями). Последние учитывают факторы, оказывающие влияние на надежность, доступны для решения практических задач и удобны для математических расчетов, позволяют сравнивать надежность различных изделий. Для определения количественных характеристик (ГОСТ 27003-83) берут исходные данные, полученные из материалов эксплуатации и испытаний. Любое изделие состоит из составляющих элементов, которые, с точки зрения оценки надежности, можно объединить в две группы: 1) неремонтируемые изделия или изделия, заменяемые после первого отказа; 2) ремонтируемые (восстанавливаемые) изделия. 1. Для опытного определения показателей надежности неремонтируемых изделий проводится наблюдение за испытаниями или эксплуатацией N0 изделий в заданных условиях. При этом определяются наработки изделий до отказа: 2.4. Среднее время восстановления - среднее время вынужденного нерегла ментного простоя, вызванного отысканием и устранением одного отказа 2.5. Коэффициент готовности - вероятность того, что изделие работоспособно в произвольно выбранный момент времени в промежутках между выполнением планового технического обслуживания 2.6. Коэффициент технического использования - отношение наработки изделия в единицах времени за некоторый период эксплуатации к сумме этой наработки и времени всех простоев, вызванных техническим обслуживанием и ремонтами за тот же период эксплуатации: Как отмечалось выше, надежность напрямую зависит от методов технического обслуживания, периодичности проведения проверок, осмотров. Поэтому, наряду с основными критериями надежности, приобретает значимость критерий оптимальной периодичности контроля, который также базируется на теории вероятности. Оптимальная периодичность контроля определяется по формуле [46]: где г - вероятность проведения обслуживания за время At. Максимальный выигрыш в среднем времени безотказной работы изделия при ТК=ТК 0pt выразится как Исследования конструкции современных образцов технологической оснастки, применяемой на тяжелых транспортных самолетах отечественного или зарубежного производства, позволяют выделить две группы конструктивных элементов: 1) конструктивные элементы, входящие в состав изделия как самостоятельные звенья, выполняющие строго свою функцию, исключение которых не приведет к полной потере работоспособности всего изделия; 2) конструктивные элементы, выполняющие две и более функции, составляющие основу конструкции изделия, потеря работоспособности которых выведет из строя все изделие.
При расчете уровня надежности изделия составляют расчетную схему, пользуясь следующим правилом [9]: из общего числа элементов изделия выделить такие, совместный отказ которых приводит к отказу либо изделия, либо некоторой его части. Такие элементы соединяют параллельно. Элементы изделия, отказ которых приводит к отказу изделия, соединяют последовательно.
Для определения численных значений показателей надежности необходимо сделать следующие допущения: технологическая оснастка приписывается к одному борту; периодичность ТО оснастки пропорциональна периодичности ТО ВС, т.е. кратна 300 ч.; в течении каждого регламентного обслуживания предполагается устранение одного полного отказа системы. 1. Средняя наработка на отказ
Среднегодовой налет ВС типа Ан-124-100 составляет 2400 летных часов [10]. При периодичности регламентного обслуживания 300 часов, количество регламентов за год составит
Обобщенный расчет экономической эффективности от внедрения специализированных погрузочно-разгрузочных комплексов
Кроме того, такие отверстия упрощают процесс сборки. Грузовые платформы, устанавливаемые на грузоносители, имеют ролики, применяющиеся в рольганговом оборудовании самолета Ан-124. Поэтому можно сказать, что ролики, так же как и элементы крепежа, унифицированы. Оснастка, предназначенная для многоярусной погрузки грузов, имеет конструктивные решения, препятствующие опрокидыванию груза в момент погрузки-выгрузки. Например, оснастка для массовой перевозки автомобилей, эксплуатирующаяся в АК «Волга-Днепр», оснащена специальными бордюрами на эстакаде для предупреждения съезда колес автомобилей с колеи.
Как показывает опыт перевозок, значительное большинство грузов, перевозимых на самолете Ан-124-100, имеют массу от 20 до 30 т. При этом длина груза лежит в пределах 8+10 м. Габариты грузов позволяют вести погрузку через задний грузолюк. Использование БПК не возможно, а применение ПРК для перевозки тяжелых грузов не представляется целесообразным из-за большой собственной массы и малой весовой отдачи. Встает задача доработки штатных БПК до 30 т. Грузы большей массы станут причиной неустойчивого состояния самолета при погрузке через задний грузолюк на остатке топлива 20+30 т.
Одним из путей решения данной задачи является применение специальной полиспастной системы. Схема доработки БПК показана на рис. 4.8. В состав одного БПК вводится дополнительная поперечная балка, на которой размещаются каретки поперечного перемещения. Балка закрепляется на каретках продольного перемещения, подобных кареткам БПК. Каретки БПК и поперечной балки соединены жесткой тягой. Кинематическая схема замыкается тросом через систему блоков. Таким образом, удается в два раза уменьшить нагрузку на тельферы крана.
Погрузка груза осуществляется либо с использованием штатных шварто-вочных цепей, либо - мягких строп, если есть опасность повреждения груза. Примерами грузов указанной массы могут быть представители аэрокосмической техники (фюзеляжи самолетов и вертолетов, блоки ракетоносителей, контейнеры со спутниками и пр.), морские контейнеры,
Сравним технико-экономические показатели организации перевозок двух грузов весовых категорий 30 и 100 т на самолете Ан-124-100. Необходимо сделать следующее допущение: оснастка, грузы и самолет находятся изначально в аэропорту отправления. Это сделано для того, чтобы исключить расходы на перелет самолета к месту погрузки.
По первому варианту оба груза доставляются при помощи оборудования для перевозки тяжелых грузов массой до 100 т. Во втором варианте груз массой 30 т будет загружен с помощью доработанного до грузоподъемности 30 т штатного бортового погрузочного комплекса. Оценку экономической эффективности проведем по себестоимости доставки груза.
Как известно [26] себестоимость доставки груза приближенно определяется по соотношению: где ткн - масса коммерческой нагрузки; Р ,Р - тарифы обработки груза в аэропорту отправления и аэропорту назначения соответственно; Со6 - стоимость обслуживания ВС в транзитном аэропорту; N - число транзитных аэропортов; С - себестоимость летного часа; tm- время руления; tn - полетное время.
Для вычисления этого показателя необходимо знать все его составляющие и прежде всего временные характеристики tn и t. Рассмотрим, прежде всего, как определяются эти величины.
Общее полетное время ВС складывается из следующих составляющих: времени разбега, времени набора безопасной высоты, времени набора крейсерской высоты, времени маршевого полета с крейсерской скоростью, времени снижения, времени воздушного участка посадки и времени пробега
