Содержание к диссертации
Введение
ГЛАВА 1. Проблемы совершенствования системы транспортировки крупногабаритных тяжеловесных грузов автомобильным транспортом .
1.1. Организация перевозок КТГ с учетом проезда мостовых - сооружений.
1.2. Отечественный и зарубежный опыт в определении -грузоподъемности мостовых сооружений и используемые нормативные нагрузки при расчета проезда АТС по мостовым сооружениям .
1.3. Нормативные требования к весовым и габаритным -параметрам АТС, осуществляющих перевозки по странам ЕС.
1.4. Область исследования и постановка проблемы.
ГЛАВА 2. Исследование параметров -крупногабаритных тяжеловесных грузов и автотранспортных средств, используемых при их перевозке .
2.1. Анализ габаритно-весовых параметров АТС. - 32
2.2. Исследование особенностей крупногабаритных тяжеловесных грузов .
2.3. Исследование специализированного подвижного состава, используемого для транспортировки КТГ.
2.5. Типизация наиболее распространенных АТС. - 50
ГЛАВА 3. Исследование мостовых сооружений и анализ возможности пропуска сверхнормативных нагрузок .
3.1. Анализ приспособленности мостовых сооружений к перевозкам КТГ.
3.2. Развитие нормативных нагрузок, действующих в нашей стране.
3.3. Исследование существующего мостового парка страны .
3.4. Анализ возможности пропуска сверхнормативных нагрузок через мостовые сооружения.
ГЛАВА 4. Определение критериев оценки приспособленности атс к транспортировке через мостовые сооружения .
4.1. Определение показателей безопасности проезда по -83
мостовым сооружениям в зависимости от параметров АТС и мостовых сооружений.
4.2. Результаты подбора приспособленных АТС по каждому -классу груза к проезду по мостовым сооружениям .
4.3. Методика проектирования маршрута перевозки КТГ с -учетом проезда через мостовые сооружения.
4.4. Определение финансовых потерь, возникающих при транспортировке КТГ через мостовые сооружения.
4.5. Выбор подвижного состава для перевозки КТГ. -106
Основные выводы и рекомендации -117
Список литературы
- Отечественный и зарубежный опыт в определении -грузоподъемности мостовых сооружений и используемые нормативные нагрузки при расчета проезда АТС по мостовым сооружениям
- Исследование особенностей крупногабаритных тяжеловесных грузов
- Исследование существующего мостового парка страны
- Результаты подбора приспособленных АТС по каждому -классу груза к проезду по мостовым сооружениям
Отечественный и зарубежный опыт в определении -грузоподъемности мостовых сооружений и используемые нормативные нагрузки при расчета проезда АТС по мостовым сооружениям
Наиболее распространенными способами оценки грузоподъемности на сегодняшний день считаются: - натуральные испытания (самый дорогой метод); - теоретические методы: метод классификации, т.е. вычисление класса пролетного строения и временной подвижной нагрузки и их сравнение; метод вычисления коэффициента загрузки сооружений; метод вычисления предельной допускаемой доли временной нагрузки; вероятностный метод оценки грузоподъемности моста. Возможность проезда по мостовым сооружениям определяется мостовыми организациями, которые при помощи расчетных программ проводят анализ безопасного проезда.
В настоящее время в нашей стране самым распространенным методом оценки грузоподъемности моста является метод классификации нагрузок, перенесенный из опыта железнодорожных мостов и модифицированный под проезд по автомобильным мостам. Согласно этому методу сооружение расчленяется на условные элементы, для каждого из которых определяется его класс и класс пропускаемой нагрузки. Появление новой нагрузки не требует перерасчета всего сооружения, достаточно классифицировать эту нагрузку Hi и сравнить ее с классом элемента Ki: т =Кг, (1) На основе этого метода разработана программа «МОНСТР». Для оценки грузоподъемности эксплуатируемых мостов за рубежом используется рейтинг, разработанный AASHTO [112]. Рейтинг стальных и железобетонных мостов базируется на неравенстве, которое сравнивает несущую способность и нагрузку: 0RH YdD + yiL(R.F.) (1+1) (2) отсюда рейтинг-фактор равен: R.F = (0RH - YdD) / yiL (1+1), (3) где : R.F. - рейтинг-фактор; RH- номинальная прочность элемента; D, L - соответственно, расчетное усилие от постоянной и временной нагрузки; (1+1) - динамический коэффициент; 0,Yd, Y - соответственно, коэффициенты, учитывающие неопределенности прочности элемента, усилие от постоянной и временной нагрузки.
Рейтинг-фактор характеризует несущую способность моста по отношению к нормативной временной нагрузке, его номинальное значение равно 1. Если R.F. 1, то необходимо ограничить грузоподъемность и принять меры по усилению моста.
Последняя нормативная нагрузка АН, используемая для расчета мостовых конструкций Б нашей стране, была принята в 1986 г. Эта условная нагрузка (рис.3.3, в) состоит из равномерно распределенной нагрузки и двухосной тележки. Поперечная и продольная схема этой нагрузки сильно отличается от современного автопоезда - тяжеловеса (рис.3.3.г), в частности, его длина значительно превышает длину нагрузки НК-80. Равномерно распределенная нагрузка имитирует колонну автомобилей, двухосная тележка учитывает воздействие осевых сосредоточенных давлений. Максимальная масса АТС в нашей стране 38т, а максимальная нагрузка на одиночную ось Ют.
Анализ зарубежных источников показывает, что в различных странах для расчета мостовых конструкций используют отличные друг от друга схемы и величины нормативных временных вертикальных нагрузок. Это объясняется не только различным уровнем развития автомобильного транспорта, но и различием концептуальных подходов к развитию мостостроения.
Впервые достаточно обстоятельный сравнительный анализ нормативных временных вертикальных нагрузок в таких развитых странах как Франция, ЧССР, ГДР, ФРГ, США и Англия был выполнен в 1969 году к.т.H. А.И. Васильевым [9]. Он позволил оценить уровень зарубежных нормативных нагрузок по отношению к действующим в то время отечественным нормативным нагрузкам по схеме Н-30.
Нормативная нагрузка по схеме Н-20 16-44 в нормах США [108] представляет, например, сочетание сосредоточенной силы и равномерно распределенной нагрузки. Интенсивность равномерно распределенной нагрузки составляет qi=0,95 т/м . Значение сосредоточенной силы зависит от вида линии влияния. Одиночная полоса движения загружается удвоенной нагрузкой. При расчете многополосного мостового сооружения коэффициент полосности вводится для третьей полосы - 0,9, а для четвертой и последующих - 0,75. Схема нормативной временной вертикальной нагрузки HS-30 представляет собой одновременное действие сосредоточенной силы и равномерно распределенной. Сосредоточенная нагрузка представляет собой одиночн ю силу равную R= 12,2472т, которая устанавливается в наиболее не выгодное положение. Равномерно распределенная нагрузка интенсивностью 145 т/м размещается по всей длине пролетного строения. При расчетах учитывается динамический коэффициент, зависящий от длины загружения. Все полосы движения загружаются одинаковой нагрузкой.
В нормах Великобритании [106] имеются два вида нагрузок. Нагрузка по схеме НА представлена в виде равномерно распределенной нагрузки интенсивностью q(l) (значение принимается по графику в зависимости от длины загружения) и сосредоточенной силы Р=12 т или в виде одиночной силы 22,5 т.
При многополосном движении третья полоса и последующие загружались нагрузкой 1/3 от НА. При расчетах учитывался динамический коэффициент, равный 1,25.
В нормах Великобритании применена также специальная нагрузка НВ в виде четырехосной тележки. Осевое воздействие составляет 45 т. Колесная база - 9,7 м. В поперечном направлении она состоит из четырех колес, расположенных на расстоянии 0,9 м. На проезжей части НВ устанавливается в наиболее невыгодное положение в одиночном порядке. Динамический коэффициент равен 1. Кроме того, для расчета дорожных покрытий введена нагрузка в виде «узкого» обода, близкая к сосредоточенной.
Максимально разрешенная масса АТС для Великобритании составляет 44т, а максимальная нагрузка на ось может достигать 11,5т.
Нормы Франции [111] имеют также две схемы нормативных нагрузок. Интенсивность нагрузки по схеме А зависит от длины пролетного строения и определяется по специальной формуле.
Исследование особенностей крупногабаритных тяжеловесных грузов
Специализированный подвижной состав является определяющим звеном транспортной системы, так как от него зависит сама возможность перевозки КТГ в дорожных условиях какого-либо региона.
Создание наиболее эффективного транспортного средства для КТГ усложняется природой груза и особенностью спроса на него. Специфика груза требует применения специального приспособленного подвижного состава, отличающегося повышенными габаритными размерами и весовыми характеристиками. Наряду с общими техническими требованиями, предъявляемыми к транспортному средству, каждый груз предъявляет свои дополнительные требования. Кроме этого, условия эксплуатации налагают свои ограничения на конструкцию и эксплуатационные качества автомобиля. Конструкция автомобиля-тяжеловоза учитывает такие факторы, как условия проведения погрузо-разгрузочных работ, дорожный просвет, в конструкциях тяжеловозов стараются делать регулируемую высоту платформы, конфигурация груза учитывается созданием ложемента или другого нестандартного оборудования. Специализированные транспортные средства, предназначенные для транспортировки КТГ, имеют принципиальные отличия от грузовых транспортных средств общего пользования.
Полуприцепы в зависимости от их полезной нагрузки изготавливаются двух- и трехосными, а прицепы-тяжеловозы - трех, четырехосные и более. Для сохранности дорог и искусственных сооружений они создаются многоосными и многоколесными, что снижает осевые и колесные нагрузки. Особо тяжелые и крупногабаритные грузы могут перевозиться с использованием автопоездов со специальными транспортными устройствами, состоящими из двух тележек, передняя из которых навешивается на седельно-сцепное устройство седельного тягача или сцепляется с ним посредством дышла, а задняя - сцепляется с грузом путем подкатки под него или соединения с ним с использованием опорных площадок и закрепляющих приспособлений. Транспортные средства оборудуются подъемными установками с гидроприводами и гидроцилиндрами, позволяющими производить или облегчить погрузо-разгрузочные работы.
Особо тяжелые грузы перевозятся на многоосных самоходных автомобилях, оборудованных самостоятельными силовыми установками, трансмиссиями, ведущими колесами на всех осях. Они компонуются модулями грузоподъемностью 25-200 т, обладают практически неограниченной грузоподъемностью, повышенными тяговыми характеристиками, хорошей маневренностью (обеспечивают разворот на месте, движение в любом направлении), оснащены дистанционным управлением каждым колесом из кабины водителя, гидравлической системой для синхронизации системы независимого рулевого управления, определения массы и центра тяжести груза.
Специализированный подвижной состав для транспортировки КТГ выделяется в особую группу транспортных средств, к которым предъявляется широкий спектр требований как с точки зрения возможности осуществления ими перевозки специфического груза, так и с точки зрения обеспечения безопасности дорожного движения и исключения или сведения до минимума отрицательного влияния на состояние улично-дорожной сети, нормального функционирования транспортной системы региона и экологической обстановки в нем. Вместе с тем в этой группе транспортных средств существует своя классификация в зависимости от более узких, специфических задач перевозок.
Анализ подвижного состава применяемого при перевозке КТГ определил, что КТГ перевозятся, как правило, на автопоездах, где наиболее главным является прицеп или полуприцеп, к характеристикам которого предъявляются повышенные требования. В первую очередь были выявлены параметры бинарной системы, которые оказывают влияние на пропуск по мостовым сооружениям и отражают приспособленность грузового отсека к грузу: - грузоподъемность; - собственная и полная масса (степень ее использования); - нагрузки на оси и расстояния между осями; - ширина оси и количество колес на оси; - размеры АТС; - размеры грузового отсека; - скорость движения; - маневренность; - наличие систем стабилизации в горизонтальном положении. Именно первые четыре параметра и определяют категорию груза в соответствии с Инструкцией. Оснащенность подвижным составом автотранспортных организаций в настоящее время гораздо выше, чем это было раньше, парк АТС состоит как из отечественных, так и зарубежных автомобилей. Как показал анализ грузов (рис. 2.2) грузы массой до 100т составляют более 95% от всех КТГ. Поэтому рассматривался подвижной состав грузоподъемностью от 20т до 100т [13, 39, 75, 95, 100, 102]. Он был взят из справочника «Современные грузовые автотранспортные средства» [81], составленного при содействии кафедры «Автомобильные перевозки» МАДИ ГТУ и агентством «Доринформсервис». При этом суммарная масса бинарной системы «КТГ+АТС» находилась в пределах от 42т до 203т.
Было получено единицы подвижного состава грузоподъемностью от 20т до 100т. Помимо суммарной массы были рассмотрены осевые нагрузки, расстояния между осями, расстояния между колесами в поперечном направлении оси, параметры кузова (длина, ширина, высота погрузки). Так почти четверть бинарных систем приходится на интервал от 80т до 100т (рис.2.3.), а грузоподъемность этих АТС лежит в диапазоне от 30т до 76т (см. приложение № 3).
Исследование существующего мостового парка страны
Проверка грузоподъемности в случае применения метода классификации состоит, как правило, только в определении классов новых нагрузок и сравнении их с имеющимися классами элементов данного сооружения. Можно заранее составить таблицы или графики классов различных нормативных и реальных нагрузок, обращающихся по автомобильным дорогам, что существенно облегчит оценку ВПН.
Если ограничиться треугольными линиями влияния, то каждый элемент будет определен тройкой чисел (/, Ъ, к)1, где /, Ъ — длины загружения соответственно продольной и поперечной ЛВ; К— класс элемента. Совокупность таких троек называется линейным спектром моста.
Класс элемента может определяться по фактическим ЛВ, а класс нагрузки — по наиболее опасной из треугольных ЛВ с теми же длинами загружения. Такой подход возможен потому, что ошибки в форме ЛВ сказываются на значении Н на порядок меньше, чем на значении К.
В общем случае пространственного расчета пролетного строения элемент задается поверхностью влияния усилия S в нем, которая, как отмечалось, заменяется двумя приведенными ЛВ — продольной и поперечной, эквивалентными исходной ПВ по классу. В частности, если эти ЛВ треугольные, получаем приведенный линейный спектр, позволяющий полностью разделить задачи классификации сооружения и нагрузки. Таким образом, для точной оценки ВПН спектр должен содержать ПВ или приведенные ЛВ. В этих случаях будем называть спектр соответственно актуальным и приведенным. В последнем случае элемент задается пятью числами /, Ь, к, N1, N2, где N1, N2 — номера приведенных продольной и поперечной ЛВ. Дефекты элементов должны учитываться при назначении этих пяти чисел. Такой подход осуществлен в системе МОНСТР.
При "ручной" оценке ВПН результат классификации нагрузки можно представить в виде графиков классов Н(1) при различных Ь. Семейство таких графиков называется номограммой классов. Классы определяются по треугольной продольной ЛВ длиной / и треугольной поперечной ЛВ длиной Ь. Следует различать главные элементы (главные балки, фермы и т.п.) и местные элементы (плита проезжей части и балочная клетка). Эти элементы отличаются правилами загружения проезжей части.
Рассмотрим самый низкий уровень классификации, когда о сооружениях известны только проектные нагрузки, пролеты L, ширина проезжей части В и коэффициент снижения грузоподъемности ф. Речь идет о линейном спектре, состоящем из семейства условных элементов /, Ь, где / = L, Ъ = В. Величина к принимается равной классу Н! наиболее опасной из проектных нагрузок
Для простоты будем считать, что при / = 5 м поперечные ЛВ загружаются, как для местных элементов, и рассматривать значения Ъ от 1 до 3,5 м. При / 5 м элементы считаются главными и рассматриваются значения Ъ от 4м до В, но не более 8 м (принято в запас прочности). Семейство ПЬ(1) называется номограммой коэффициентов загрузки. При осевом пропуске нагрузки можно при заданном В рассматривать вместо номограммы один график 17(1), соответствующий фиксированным значениям Ъ для каждого /. За эти фиксированные значения принимаются наименьшие из возможных значений Ъ при данных L, В. Графики П(1) удобно использовать при оценке ВПН для мостов с одинаковой шириной проезжей части и одинаковыми проектными нагрузками (например, расположенные на одной дороге). Назовем такие графики маршрутными.
Возможны три уровня классификации и соответствующей оценки ВПН в зависимости от имеющихся данных о мостах.
Первый уровень основан на минимальных сведениях о мостах (проектные нагрузки, габарит, пролеты, коэффициент снижения грузоподъемности ф). Классификация проводится для условного набора элементов. За классы элементов принимаются классы проектных нагрузок. Возможна автоматизированная оценка ВПН первого уровня и "ручная" оценка с помощью номограмм коэффициентов загрузки или маршрутных графиков.
При втором уровне классификации предполагается, что известны конструктивные данные о мосте, позволяющие назначать фактический набор элементов, но при этом, как и в первом уровне, за классы элементов принимаются классы проектных нагрузок, а дефекты учитываются коэффициентом ф. Оценка ВПН осуществляется так же, как и на первом уровне, но является более точной из-за уточнения набора элементов.
На третьем уровне классификации предполагается, что классификация элементов моста выполнена заранее. Таким образом, имеется формальное представление моста (спектр) с поэлементным учетом дефектов.
Как отмечалось, при наличии специализированной базы данных оценка ВПН осуществляется оперативно (около одной минуты на мост).
Такая методика реализована в МАДИ (ГТУ), где создана программа «МОНСТР», в которой содержится обширная база данных по мостовым сооружениям находящихся в нашей стране с учетом их технического состояния. В диссертационном исследовании был осуществлен расчет пропуска типичных АТС по типизированным мостовым сооружениям на основе данного программного комплекса.
Результаты подбора приспособленных АТС по каждому -классу груза к проезду по мостовым сооружениям
В задачи диссертационной работы не входили выбор вида сообщения, выбор погрузо-разгрузочных работ, поэтому допустим что они уже определены. Необходимо выбрать подвижной состав (см. схема №4.1).
Первоначально определяем к какому из 9 классов относится наш груз и далее по таблице, соответствующей этому классу выбираем подвижной состав.
Подвижной состав с грузоподъемностью, максимально приближенной к массе груза (коэффициент использования грузоподъемности равен 1), далее по расчетным формулам определяем главные и локальные коэффициенты. В случае превышения коэффициентов единицы, как указывалось ранее, необходимо подобрать другой тип (марку) подвижного состава. Предпочтение отдается подвижному составу с большим числом осей и равномерными расстояниями между осями. При этом коэффициент использования грузоподъемности может быть меньше 1.
Масса нашего груза равна 65 т, что соответствует промежуточному варианту между пятым и шестым классом, поэтому подвижной состав следует подбирать из этих двух классов. Этой грузоподъемностью обладают следующие два АТС: Гольдхофер ТКРН-7 и ЧМЗАП-83992, предпочтение отдадим отечественному подвижному составу, т.к. его стоимость, накладные расходы на его содержание и т.д., дешевле. Выбранный автопоезд КЗКТ-537Л+ ЧМЗАП-83992 обладает грузоподъемность 70 т (при 100% ее использовании главный коэффициент больше единицы - 1,064). В нашем случае масса груза 65 0 т что дает коэффициент 0 984 т.е. неполное использование грузоподъемности позволило обеспечить безопасный проезд по мостовым сооружениям. Суммарная масса автопоезда равна 125,0т, число осей 9, максимальная нагрузка на ось за счет снижения грузоподъемности уменьшилась с 18т до 17т. Нагрузка на пять осей прицепа одинаковая - 17т.
Число мостов на маршруте рассчитывается как 0,115 100 = 12 единиц. По составу и техническому состоянию мосты следующие (из статистического анализа, глава 3): 12 мостов соответствуют нормативной нагрузке НК-80, из них 1 мост находится в хорошем состоянии, 6 в удовлетворительном состоянии, т.е. пропуск АТС для 7 мостов возможен без специальных мероприятий, лишь при снижении скорости, 4 моста находится в неудовлетворительном состоянии, т.е. пропуск по ним будет проходить с перекрытием движения, и 1 мост будет в аварийном состоянии, т.е. пропуск по нему будет возможен лишь после его ремонта, или необходимо объезжать этот мост.
Для данной перевозки произведем расчет по предлагаемой методике финансовых потерь. Потери от увеличения текущих затрат по перевозке грузов. Эта часть потерь складываются из потерь, связанных со снижением скорости при проезде по мосту КТГ - формула (1) и потери при простое АТС во время перекрытия движения - формула (12). Потери, связанные со снижением скорости Пі рассчитываются по формуле (1), но сначала необходимо рассчитать среднюю длину моста. Средняя длина моста рассчитывается по формуле (15): Ьсред = 50 0,3 + 100 0,59 + 200 0,11 = 96 м ; Зона влияния моста, как правило, соответствует длине моста. 109 П1 = 7 96 2 (325 130 + 125 190 + 50 250) (1 / 10000 - 1/ 60000) = 8 792 руб. Потери при простое АТС при перекрытие движения: - интенсивность обслуживания заявок КТГ равна цо = 1 / Тоо цо= 1/0,25 = 4 11час; - загрузкой системы заявками равна КТГ: ро = No / /КН ио) = То о (КН 1о); ро = 0,04/(2 «4) = 0,05;
Далее определяем интенсивность обслуживания заявок к типа: ік = VMOCT / LK ; JII==6000/4,1=14634 Загрузка системы заявками типа к равна: рк = Кк/(КПЛІік) = Тк//КПЛІк) где КПЛ - количество полос движения по мосту, включая встречное направление; pi = 325 / (6 » 14634) =0,0037; Аналогично: U2=60000/6,7=8955; р2 = 125/(6 8955) = 0,0023; цз=60000/10,4=5769; рз = 50/(6 » 5769) = 0,0014; По формуле (11) определяем среднее время ожидания W в очереди для автомобилей: W = (0,05/4+0,0037/14634+0,0023/8955+0,0014/5769) / ((1- 0,05) (1 - 0,0037-0,0023-0,0014)) = 0,0133 часа. По формуле (12) определяем экономический ущерб от задержек автомобилей в очереди перед 4-мя мостами: 1Ъ = 4 0,0133 (325 130 + 125 190 + 50 250) = 4 176,2 руб; П0 Тогда суммарные затраты, связанные со снижением скорости и простоями, будут равны: П1 + ГЪ = 8 792 + 4 176,2 = 12968,4 руб; Потери от увеличения времени пребывания пассажиров в пути.
Расчет социальных потерь от увеличения пребывания в пути пассажиров складывается из потерь в результате снижения скорости, формула (13) и потерь в результате простоя перед мостовыми сооружениями: где 3 руб. - стоимостная оценка социальных потерь в расчете на 1 авт/ч пробега; 5; 50 - средняя пассажировместимость соответственно одного легкового автомобиля и автобуса, чел; 0,5, 0,4 - среднее значение коэффициента наполнения легковых автомобилей и автобусов; Пз1 = 7 96 2 3 500 (0,65 5 0,5+ 0,1 50 0,4) (1 /10000- 1/ 60000)) = 609 руб. Пэг - 4 0,0133 3 500 (0,65 5 0,5+ 0Д 50 0,4) = 289,3руб. Пз = 609 + 289,3 = 898,3 руб
