автореферат диссертации по технологии, машинам и оборудованию лесозаготовок, лесного хозяйства, деревопереработки и химической переработки биомассы дерева, 05.21.01, диссертация на тему:Повышение эффективности эксплуатации парка автопоездов при освоении территориально распределенных лесных ресурсов

На правах рукописи

Иванова Ольга Анатольевна

ПОВЫШЕНИЕ ЭФФЕКТИВНОСТИ ЭКСПЛУАТАЦИИ ПАРКА АВТОПОЕЗДОВ ПРИ ОСВОЕНИИ ТЕРРИТОРИАЛЬНО РАСПРЕДЕЛЕННЫХ ЛЕСНЫХ РЕСУРСОВ —

05.21.01 - Технология и машины лесозаготовок и лесного хозяйства

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

005548199

1 5 т 2014

Петрозаводск - 2014

005548199

Работа выполнена в федеральном государственном бюджетном образовательном учреждении высшего профессионального образования «Петрозаводский государственный университет»

Научный руководитель: Шегельман Илья Романович

доктор технических наук, профессор

Официальные оппоненты: Бурмистрова Ольга Николаевна

доктор технических наук, профессор, ФГБОУ ВПО «Ухтинский государственный технический университет», директор института механики и технологии производств

Полежаев Константин Владимирович

кандидат технических наук, ЗАО «Соломенский лесозавод», начальник финансово-экономического отдела

Ведущая организация: Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Санкт-Петербургский государственный лесотехнический университет имени С. М. Кирова»

Защита состоится 20 июня 2014 года в 14 часов на заседании диссертационного совета Д 212.190.03 на базе Петрозаводского государственного университета по адресу: 185910, г. Петрозаводск, пр. Ленина, д. 33.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ФГБОУ ВПО «Петрозаводский государственный университет» и на сайте http://www.petrsu.ru/

Автореферат разослан «_ 0Ь » и иш. _ 2014 года

Ученый секретарь диссертационного совета

/ <•• г

Воронов Р.В.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы исследования. На заседаниях президиума Государственного совета «О повышении эффективности лесного комплекса Российской Федерации» ключевым вопросом является устойчивое функционирование лесопромышленного комплекса в области лесозаготовительного производства.

В любой технологической схеме применяемой в производственном цикле на стадии заготовки древесины, вывозка и перевозка лесоматериалов играет связующую роль между лесосечными работами и отгрузкой лесоматериалов потребителям. Так как, обладая обширными запасами лесных ресурсов, транспортная освоенность лесных территорий остается низкая, то перед лесозаготовителями возникает вопрос о путях совершенствования технологического процесса вывозки древесины, направленного на повышение возможности освоения труднодоступных лесов.

В настоящее время остро стоит вопрос повышения стабильности рабочего процесса современных лесозаготовительных предприятий на стадии транспортировки заготовленной древесины. Их безубыточное и устойчивое функционирование обусловлено факторами, связанными с усовершенствованием применяемых технологий вывозки, поддержанием имеющейся сети лесовозных дорог в состоянии, удовлетворяющем предъявляемым к ним нормативным требованиям, а также строительством лесовозных дорог, для полного освоения разрабатываемых лесосек.

Решению поставленной задачи могут способствовать исследования в области повышения эффективности функционирования лесовозных автопоездов путем рациональной комплектации автопарка и учета состояния лесотранспортной сети.

Степень разработанности.

Диссертационная работа представлена в виде полноценного научного исследования, состоящего из введения, шести разделов, выводов и рекомендаций, списка используемой литературы из 127 наименований. В работе изучено состояние проблемы, описана постановка цели и задач, разработаны математическая модель обоснования комплектации парка лесовозных автопоездов с целью обновления имеющегося подвижного состава и математическая модель обоснования комплектации парка лесовозных автопоездов, используемых на вывозке. Разработана зависимость совершенствования этапа вывозки заготовленной древесины, учитывающая состояние лесотранспортной инфраструктуры и автопарка, используемого на вывозке. Сформирована база данных оценки затрат на строительство лесовозных автомобильных дорог в зависимости от типа покрытия, проведены экспериментальные исследования движения лесовозных автопоездов с применением систем ОР8-мониторинга, представлены результаты апробации разработанных моделей и зависимости, сформулированы выводы и рекомендации.

Общий объём работы 134 страницы, 20 рисунков, 9 таблиц.

Цель. Целью работы является повышение эффективности функционирования лесовозных автопоездов путем рациональной комплектации автопарка и учета состояния лесотранспортной сети.

Объекты исследований: технологические процессы и транспортные средства для вывозки заготовленной древесины, тип покрытия лесовозных автомобильных дорог по которым осуществляется вывозка.

Предмет исследования: выявление оптимальных решений для обоснования направления развития этапа вывозки заготовленной древесины, учитывая состояние используемой сети лесовозных дорог и лесовозных автопоездов, участвующих в технологическом процессе вывозки.

Задачи исследования.

1. Разработать математические модели задач формирования парка лесовозных автопоездов, приобретаемых для замены используемого подвижного состава и дальнейшего использования на вывозке, учитывая затраты на содержание одной машино-смены.

2. Разработать зависимость оптимального направления совершенствования технологического этапа вывозки заготовленной древесины, учитывая состояние лесотранспортной инфраструктуры и автопарка, используемого на вывозке.

3. Разработать базу данных затрат на строительство магистралей, веток и усов лесовозных дорог с разными типами покрытий.

4. Провести экспериментальные исследования движения лесовозных автопоездов, используемых на вывозке лесозаготовительными предприятиями с применением ¿Р8-мониторинга, с целью выявления закономерностей, между основными характеристиками, влияющими на движение.

5. Апробировать разработанные модели на экспериментальных данных.

6. Разработать рекомендации, позволяющие применять разработанные модели, алгоритмы на практике.

Научная новизна исследования заключается в том, что полученные результаты позволят лесопромышленным предприятиям принимать научно обоснованные решения по формированию парка лесотранспортных средств, используемых на вывозке учитывая состояние лесотранспортной инфраструктуры.

Теоретическая и практическая значимость работы заключается в том, что разработанные модели и зависимости позволят лесозаготовителю определиться с выбором направления совершенствования технологического этапа транспортировки заготовленной древесины. Учитывая затраты на содержание машино-смен автопоездов используемых на вывозке, себестоимость вывозки 1 м лесоматериалов, производительность применяемых автопоездов, затраты на строительство, ремонт дорожной сети и приобретение подвижного состава, количество автопоездов используемых на вывозке, обосновать применяемые на вывозке технологические схемы, улучшить технико-экономические показатели всего предприятия.

Методология и методы исследования.

Теоретической основой исследования явились работы ведущих отечественных и зарубежных ученых в области развития вопросов лесотранспортной инфраструктуры, автомобильного транспорта леса, оптимизации производственных процессов в лесопромышленном комплексе.

В процессе выполнения работы применялись метод динамического программирования, методы математической статистики и принятия решений на основе многокритериальной оптимизации. Постановка эксперимента реализована с помощью языка программирования Visual Basic в Microsoft Office Excel. Обработка экспериментальных данных полученных в ходе исследования осуществлена в Microsoft Office Excel, Mathcad 13.

Положения, выносимые на защиту.

1. Математические модели формирования парка лесовозных автопоездов, приобретаемых для замены используемого подвижного состава и дальнейшего использования на вывозке.

2. Зависимость оптимального направления совершенствования технологического этапа вывозки заготовленной древесины, учитывающая состояние ле-сотранспортной инфраструктуры и автопарка, используемого на вывозке.

3. База данных затрат на строительство магистралей, веток и усов лесовозных дорог с разными типами покрытий.

4. Результаты экспериментальных исследований движения лесовозных автопоездов, используемых на вывозке лесозаготовительными предприятиями с применением систем GPS-мониторинга.

5. Результаты апробации разработанных моделей на экспериментальных данных.

6. Рекомендации, позволяющие применять разработанные модели, алгоритмы на практике.

Степень достоверности и апробация результатов.

Практическая апробация разработанных алгоритмов реализована на лесозаготовительном предприятии ЗАО «Шуялес» на стадии планирования транспортных процессов.

Основные результаты исследований были представлены на Международных научно-технических конференциях «Актуальные проблемы и перспективы развития лесопромышленного комплекса» (Кострома, 2013), «Механика технологических процессов в лесном комплексе» (Воронеж, 2014), на Всероссийском конкурсе молодежных авторских проектов, направленных на социально-экономическое развитие российских территорий «Моя страна - моя Россия» (Москва, 2012), на Республиканских научных конференциях «Повышение эффективности лесного комплекса Республики Карелия» (Петрозаводск, 2012, 2013), на заседаниях кафедры технологии и оборудования лесного комплекса и НТС КарНИИЛПКа ПетрГУ.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность темы диссертационной работы, выделены объект, предмет и методы исследований, показана научная новизна выполненных исследований, сформулированы цель и научные положения, выносимые на защиту.

В первом разделе выполнен анализ научных исследований развития лесо-транспортной инфраструктуры, исследований в области автомобильного транспорта леса направленных на оптимизацию технологических процессов и минимизацию транспортных расходов за счет увеличения производительности применяемых транспортных средств, рассмотрены вопросы оптимизации транспортных перевозок и оптимизации производственных процессов.

Исследованиям в области развития лесотранспортной инфраструктуры посвящены работы Д. М. Афоничева, О. Н. Бурмистровой, Е. В. Кондрашовой, А. Н. Кочанова, Б. И. Кувалдина, В. К. Курьянова, Л. С. Матвиенко, А. В. Скрыпникова, В. С. Сюнёва, Ф. А. Павлова, и других ученых.

Значительный вклад в исследования, целью которых является совершенствование процессов автомобильного транспорта леса внесли В. И. Алябьев, Ю. Ю. Герасимов, В. А. Горбачевский, Б. А. Ильин, А. А. Камусин, П. Д. Клычков, Б. И. Кувалдин, В. К. Курьянов, В. В. Никитин, Э. О. Салминен, В. И. Скрыпник, С. И. Сушков, И. Р. Шегельман.

Теоретические основы вопроса оптимизации транспортных перевозок и оптимизации производственных процессов отражены в работах В. И. Алябьева, А. С. Беленького, А. Ф. Булатова, П. Н. Коробова. Научно-производственные вопросы оптимизации автомобильных перевозок отражены в работах Е. Т. Батищева, В. А. Кузнецова, В. В. Никитина, А. П. Соколова, Л. В. Щёголевой и других ученых.

Обзор научных исследований в области развития лесотранспортной инфраструктуры, автомобильного транспорта леса и применения методов оптимизации для решения научно-производственных задач лесопромышленного комплекса показывает, что на протяжении десятилетий все перечисленные направления являются актуальными. Однако с развитием компьютерных технологий появились новые задачи, решение которых раньше было практически невозможным.

В настоящее время необходимо провести исследования, объединяющие все рассмотренные направления, учитывая технико-экономические показатели.

Во втором разделе разработана математическая модель обоснования комплектации парка лесовозных автопоездов с целью обновления имеющегося подвижного состава и математическая модель обоснования комплектации парка лесовозных автопоездов, используемых на вывозке. Обе модели описаны с применением метода динамического программирования.

При использовании на вывозке автопарка лесозаготовительного предприятия при условии, что не все автопоезда могут участвовать в этапе транспортировки заготовленной древесины в связи с их неисправностью или использованием на

других этапах технологического процесса. Возникает потребность его обновления на основе минимизации затрат на содержание одной машино-смены.

Для отображения минимальных затрат на содержание автопоездов при выполнении объема вывозки у введем функцию <р(у).

Постановка задачи:

<р(у) = С, • х: • х, > у, х, > 0, х,. с X, / = 1,.., ^

где количество приобретаемых автопоездов марки I; с, - затраты на содержание одной машино-смены автопоезда марки /', руб./машино-смены; п - количество марок рассматриваемых автопоездов, шт.; - сменная производительность автопоезда марки м3/см.

Начальные условия:

У = 0, <р(у) = 0, (2)

О <У<Р.ч«ьс,> <РЬ>) = С^С,< У = (3)

где arg min с, - индекс автопоезда, имеющего минимальные затраты на содержание одной машино-смены; ClrgmmC - минимальные затраты на содержание одной машино-смены автопоезда вида arg min с,, руб./машино-смены; P„8minC. - сменная производительность автопоезда вида arg min с, , м3/см.

Для хранения номеров автопоездов, при использовании которых достигается минимум функции <р(у) введем массив у/(у).

Значения функций <р(у) и у/(у) при значении начальных условиях описываются выражениями (4), (5):

>> = 0, (3(0) = 0, (е(0) = 0 (4)

0<У<Р,ГЕПЙ,с,. <Ку) = Стшьс> К)^ arg min С, у = • (5)

/-1..Ц М.л '='■■» WJ

Для определения значений функций <р(у) и у/(у) при P„EminC <y<W воспользу-

i=l..n

емся рекуррентным соотношением Беллмана (6):

<р(у) = тт {ф-р.) + С,}, V(y) = i, У = P„lmaC,>-'W ■ (6)

' "" 1—1 ч Л

При обосновании комплектации используемого автопарка на вывозке рассматривается ситуация, в которой из имеющегося количества автопоездов необходимо сформировать автопарк, который будет использоваться на этапе транспортировки.

Введем функцию <Pj{y), которая отображает минимальные затраты на содержание автопарка среди первых j автопоездов при выполнении сменной нормы вывозки у.

Постановка задачи:

<p,(y) = mm\YJCj -Xj

Y^Pj-Xj>y, Xj e{о,l}, j = \,...A (7)

где переменная принимает значение 1, если автопоезд у используется на вывозке, 0 - иначе, у е /; С1 - затраты на содержание одной машино-смены у -ого автопоезда, у е У, руб./машино-смены; и - количество автопоездов, рассматриваемых для комплектации автопарка, используемого на вывозке; Р1 - сменная производительность, выполняемая у-м автопоездом, jeJ, м3/см.

Начальные условия для первого автопоезда:

<р,(у) = с,> если (8)

где Л, - объём вывозки для первого автопоезда.

Для отображения использования рассматриваемого автопоезда при выполнении объёма вывозки у введем вспомогательный массив V,(у)- Объём вывозки, для первых рассматриваемых автопоездов у функции <р1 (у) выразим через Ип объём вывозки всеми рассматриваемыми автопоездами может не значительно превышать объём вывозки за смену №.

Начальные условия функции <р}(у) и ^Ду) для первого автопоезда:

<Р\ (у) = С,, !/,Су) = 1, если у<Яь (9)

Для определения значений функций <р,(у) и у/¡(у) при у < < у восполь-

зуемся рекуррентным соотношением Беллмана (10):

Ып{р. , (тах(0, у - Р)) + С], <рм О»)}, если у < <Р \У) = {

(тах(0, у - Р])) + С / если Я^<у

у = 0.....Д„, у = 2,..., п

(10)

1, если ^(у)<рн(у), при у < К] , у/] (у) = • 0, иначе при у < 1, если у > Ян

где <рИ{у) - функция, отображающая минимальные затраты на содержание автопарка среди предыдущих у автопоездов при выполнении объёма вывозки у; тах(0,у-Р,)- показывает объём работы, которую необходимо выполнить автопоездами с индексами у = 1,...,у'-1; ¡(у) - объём вывозки предыдущих у автопоездов.

Обе математические модели позволяют получить результаты, позволяющие лесозаготовителю повысить объёмы вывозки, сократить простои, а также уменьшить себестоимость за счёт сокращения затрат на содержание автопоездов.

В третьем разделе разработана зависимость совершенствования этапа вывозки заготовленной древесины, учитывая состояние лесотранспортной инфраструктуры и автопарка, используемого на вывозке с применением метода анализа иерархии, относящегося к задачам многокритериальной оптимизации. В условии задачи примем, что лесозаготовительное предприятие занимается заготовкой и транспортировкой заготовленных лесоматериалов. Транспортировка потребителю осуществляется по сети лесовозных дорог и дорог общего пользования лесовоз-

ными автопоездами. Для увеличения объёмов вывозки, и получения максимальной прибыли на этапе транспортировки заготовленных лесоматериалов предприятие имеет возможность расширять производство, развивая дорожную сеть или обновляя подвижной состав, используемый на вывозке. Необходимо обосновать выбранный путь совершенствования этапа транспортировки древесины. Иерархическая структура задачи представлена на рисунке 1

Выбор направленна совершенствования технологического этапа транспортировки заготовленной древесины

Затраты на строительство, ремонт доро:кной сети и приобретение подвижного состава, руб.

АЛЬТЕРНАТИВЫ

Количество используемых автопоездов

ПЗА СД+ПЗА СД+ЧЗА

ЧЗА РД+ПЗА РД+ЧЗА

РД+СД+ИА РД+СД»ПЗА РД+СД+ЧЗА

Рисунок 1 - Иерархическая структура

Для достижения поставленной цели выбраны пять критериев, и девять альтернатив принятия решения (ИА - использование имеющегося автопарка; ПЗА -полная замена автопарка; ЧЗА - частичная замена автопарка; РД - ремонт дорог; СД - строительство дорог).

Критериями эффективности решаемой задачи являются затраты на содержание машино-смен автопоездов, используемых на вывозке, себестоимость вывозки 1 м3 лесоматериалов, производительность автопоездов, затраты на строительство, ремонт дорожной сети и приобретение подвижного состава, количество автопоездов используемых на вывозке.

Для описания поставленной задачи введены обозначения: ^ - множество индексов приобретенных автопоездов; б - множество индексов автопоездов лесозаготовительного предприятия; К - множество индексов типов дорожных покрытий сети лесовозных дорог; Р - множество индексов критериев эффективности; Т -множество индексов рассматриваемых альтернатив.

Исходя из предложенных в условии задачи критериев эффективности, поставленная задача имеет пять целевых функций.

Целевая функция минимизации затрат на содержание одной машино-смены автопоездов, используемых на вывозке:

/^ЕС/'^ + Х^-л^1^. (п)

где yrys - количество машино-смен, отработанных автопоездами видами G; Cf,Cg - затраты на содержание одной машино-смены автопоездов, вида F и G.

Целевая функция минимизации себестоимости вывозки 1 м3 заготовленных лесоматериалов:

-g--> min, (12)

f»F gtG

где xf,xg - количество автопоездов, используемых на вывозке вида / и g; Sf,S - себестоимость вывозки 1 м3 лесоматериалов автопоездами вида/и g.

Целевая функция минимизации затрат на строительство, ремонт дорожной сети и приобретение подвижного состава:

/3 = £CYt-zxt + £ся„-z2i + ZCAr"f ->•min' (13)

k^K ЫК fzF

где zu - количество километров построенного дорожного полотна с покрытием типа к, z2, - количество километров отремонтированного дорожного полотна с покрытием типа к; nf - количество автопоездов вида /; CYt - издержки на строительство 1 км дорог с покрытием типа к, CRk - издержки на ремонт дорог 1 км с покрытием типа к; CAf - затраты на приобретение одного автопоезда вида/

Целевая функция максимизации производительности автопоездов, участвующих на вывозке заготовленных лесоматериалов:

---> шах, (14)

feF ¡íC

где Pf,Pt - сменная производительность автопоездов вида/и g.

Целевая функция минимизации использования лесовозных автопоездов на вывозке:

feF geO

Условия не отрицательности и целочисленности переменных:

xf,xg>0, V/e F, Vg e G (16)

yf,yg>0, VfeF,4geG (17)

nf>0, ufGR,VfeF (18)

zlt,z2t> 0, zlt,z2t e R, VkeK (19)

Целевая функция оценки альтернативного варианта при использовании данного метода:

II

шах, (21)

i

где wp - относительный вес критерия р; w,' - относительный вес альтернативы í по критерию р.

Полученные результаты позволят сформулировать и обосновать рекомендации, направленные на выбор наилучшей по всем рассматриваемым критериям альтернативы развития вывозки заготовленной древесины.

В четвертом разделе разработана база данных оценки затрат на строительство лесовозных автомобильных дорог в зависимости от типа покрытия, включающая в себя два раздела. В первом разделе выполняется расчёт стоимости строительства постоянных лесовозных дорог (магистралей, веток), учитывая затраты на возведение земляного полотна и строительство дорожной одежды. На рисунках 2, 3 представлены зависимости затрат на строительство 1 км магистралей и веток лесовозных дорог в зависимости от дальности подвозки строительного материала с учетом затрат на земляные работы.

Дальность подвозки строительного материала, км

—Коленное из железобетонных

плит 8,5 м -"--Гравийное 10.5 м

—• - Коленное из железобетонных

плит 5,5 м - ' -Гравийное 8,5 м

—1—Гравийное 5.5 м

---Грунтогравнпное 8.5 м

Рисунок 2 - Зависимость затрат на строительство 1 км магистралей лесовозных дорог от дальности подвозки строительного материала

8 2 & =

Э I й ё

2500

0 2000

1 1500 1000

500 О

-Коленное из железобетонных плит 5.0 м

-Гравийное 5,0м -Грунтогравнйное 5.0 м

4 20 42 100

Дальность подвозки строительного материала, км

Рисунок 3 - Зависимость затрат на строительство 1 км веток лесовозных дорог от дальности подвозки строительного материала

Во втором разделе учитываются затраты на строительство временных лесовозных дорог от типа местности были рассчитаны затраты при минимальном и максимальном использовании строительных материалов для всех типов покрытия лесовозных усов.

На основе полученных данных построены зависимости изменения затрат на строительство 1 км лесовозных усов в зависимости от типа местности с ограничениями минимальных и максимальных затрат при минимальном и максимальном использовании строительных материалов. Расхождение между рассчитанными затратами и минимальными затратами составляет от 0,75 до 28,75%, соотношение между рассчитанными затратами и максимальными затратами на строительство 1 км лесовозного уса не превышает максимальных затрат.

В пятом разделе представлены результаты экспериментальных исследований направленных на анализ движения лесовозных автопоездов, используемых на вывозке лесозаготовительными предприятиями, основной целью является выявление закономерностей, между основными характеристиками, влияющими на движение не только используемого на вывозке автопарка, но и отдельно рассматриваемого автопоезда с применением GPS-мониторинга.

Объектом исследований являются лесовозные автопоезда зарубежного производства, представленные марками Scania и Volvo, а также автопоездами отечественного производства, преимущественно на базе автомобилей КамАЗ; лесотранс-портная сеть с разными типами покрытий, включающая магистрали, ветки и усы лесовозных дорог.

В исследовании, в качестве основных характеристик движения лесовозных автопоездов рассмотрим скорость автопоезда и время его движения на разных участках дороги за рассматриваемый промежуток времени (в исследовании одни сутки), а также протяженность рассматриваемых участков, учитывая тип дорожного покрытия за февраль-март, сентябрь-ноябрь 2013 года. Перечисленные данные необходимы для расчёта значений сменной производительности для каждого автопоезда за рассматриваемый промежуток времени. Итоговая производительность для каждого диапазона рассматривается как среднее значение всех производи-тельностей в осенний и зимне-весенний периоды (рисунок 4).

6

| 37.®

I

Ц 35.00

! 5 33.00 1- s

I 31.00

5 »»

I 21Х 2i00

100-1Х 1Й-20С :ос-1й 250-300 300-353 Дшлыон ра^тояккй; at

• КАМАЗ 5322S Т6305С1)

- ■ - КАМАЗ 53223 Тб305@)

- - - КАМАЗ 5322S Т6305 (3)

- >- -КАМАЗ 53223 Т6305 (-)

- -*- -КАМАЗ 53228

- • КАМАЗ 5322S-1590-15 (1)

КАМАЗ 5322S-19S0-15 <2)

4<XOO 3100 3100 34. OS 3ZOO заон

25.00 2S<» 2400 2200

»■■■■ КАМАЗ 5322В TS305 Q) • КАМАЗ 5322! Т6305 (2) - * - КАМАЗ 5322» Т6305 (3) -■ КАМАЗ 53228 TS305 (4) ■■*■ "КАМАЗ 5322!

КАМАЗ 53228-1SSO-15 <1) КАМАЗ 5M28-1SMJ5 (2)

0-53 50-100 100-150 153-2Х 200-250 2Ж-ЗХ 300-350 Дкзпатгн расстояний. КМ

С - ■ .»""."'

51.00 4400 47.00 45100

100-150 155-200 200-250 255-300 300-350 355-400 4Х-455 450-500

дK2i2zcx расстояний. ЕЗГ

—. Scania 32 + Nmta TP3-RT-260

-ScaaiaS2*MciV42-T01105(1) - - Scania 32 + Jytt-Vi IАГ 10» ScamS2 + f}MNBAl!07

- - -ScajiiaS2 + J>kiV317

— - Scania S2 + № Y42-T01 ICO (2)

Volvo V2 +прицеп 5015D3 —*—ScauaS2 + JylaE31 AT 1020

Рисунок 4 - Зависимость значений сменной производительности от расстояния транспортировки а - для автопоездов отечественного производства в период с сентября по ноябрь; б - для автопоездов отечественного производства в период с февраля по март; в - для автопоездов зарубежного производства период с сентября по ноябрь

Полученные результаты были сгруппированы по диапазонам расстояний: для автопоездов зарубежного производства рассматриваемые диапазоны расстояний от 100 до 500 км, для автопоездов отечественного производства от 0 до 350 км с шагом 50 км. При расчете сменной производительности учитывался коэффициент

использования рабочего времени, рассчитываемый как соотношение времени потраченного автопоездом на работу за рассматриваемый промежуток к продолжительности рабочей смены. Его значение находится в диапазоне от 0,2 - 1.

Полученные зависимости сменной производительности от расстояния транспортировки описываются полиномиальной зависимостью с коэффициентом детерминации от 0,79 до 1, что говорит о высокой точности подобранных регрессионных моделей.

Также исследовалось влияние на значение сменной производительности расстояния транспортировки и среднеквадратического отклонения от скорости движения для всех рассматриваемых автопоездов.

На рисунках 5 представлена поверхность регрессии для автопоезда Scania S2 + Jyki V317 при эксплуатации в осенний период.

Сменная

Рисунок 5 - Поверхность регрессии, описывающая значения сменной производительности от расстояния транспортировки и среднеквадратического отклонения скорости движения в осенний период для автопоезда Scania S2 + Jyki V317

В результате исследований влияния расстояния вывозки и среднеквадратического отклонения скорости движения на значения сменной производительности установлено, что при транспортировке заготовленной древесины на расстояние до 250 км оба фактора влияют её значение. При транспортировке заготовленной древесины с лесосек, находящихся на расстоянии дальше 250 км от пункта отправле-

ния автопоезда, рассматриваемые факторы слабее влияют на значение сменной производительности.

Исследовано влияние себестоимости вывозки 1 м3 заготовленной древесины от расстояния транспортировки и сменной производительности для рассматриваемых автопоездов при их эксплуатации в зимне-весенний и осенний периоды рисунок 6.

Себестоимость

транспортировки, производительность,

км мЗ/см

Рисунок 6 - Поверхность регрессии, описывающая значения себестоимости вывозки 1 м3 заготовленной древесины от расстояния транспортировки и сменной производительности для автопоезда Scania S2 + Jyki V317

По построенным поверхностям линейной регрессии, описывающим значения себестоимости вывозки от расстояния транспортировки и сменной производительности, установлено, что оба рассматриваемых показателя влияют на значение себестоимости, так как коэффициенты детерминации принимают высокие значения в диапазоне от 0,9713 - 0,9989.

В шестом разделе представлены результаты апробации разработанных математических моделей и зависимостей.

При апробации моделей комплектации парка лесовозных автопоездов с целью обновления имеющегося подвижного состава и дальнейшего его использования на вывозке.

По полученным результатам можно сделать вывод, что при комплектации используемого на вывозке автопарка, учитывая автопоезда лесозаготовительного предприятия, при транспортировке на расстояние от 150 до 500 км и повышении

сменного объёма вывозки на 100 м3 сумма затрат на содержание одной машино-смены повысится на 37%.

Также установлено, что с увеличением расстояния транспортировки количество автопоездов, включенных в используемый на вывозке автопарк, сокращается. Это можно объяснить тем, что на вывозке выгоднее использовать автопоезда зарубежного производства на базе автомобилей Scania в комплектации с прицепами Jyki, так как грузоподъёмность данных автопоездов выше, чем грузоподъёмность автопоездов отечественного производства на базе автомобилей КамАЗ.

При апробации математических моделей комплектации парка лесовозных автопоездов исходными данными являются сменная производительность автопоездов и затраты на содержание одной машино-смены при расстоянии транспортировки от 150 до 500 км. Расчет исходных данных осуществляется по результатам экспериментальных исследований движения лесовозных автопоездов с применением систем GPS-мониторинга.

В альтернативах в которых рассматривается случай ремонта имеющейся лесо-транспортной сети, затраты на ремонт 1 км дорожного покрытия были приняты равными затратам на строительство 1 км дорожного покрытия.

В расчетах рассмотрим два случая, в которых нормированный сменный объём вывозки заготовленной древесины W = 200 м3/см и W= 300 м3/см. При частичной замене используемого автопарка объём вывозки примем равным 60% от нормированного объёма, соответственно W= 120 м3, W = 180 м3. Оставшийся объём 80 м3 и 120 м3 вывозится автопоездами лесозаготовительного предприятия или арендованными автопоездами.

Апробация задачи многокритериальной оптимизации с целью совершенствования этапа вывозки заготовленной древесины осуществляется исходя из выделенных критериев, влияющих на выбор наилучшей альтернативы в принятии решения.

На рисунках 7, 8 представлены гистограммы распределения целевой функции альтернативного варианта от расстояния транспортировки при объёме вывозки 200 м3 и 300 м3.

i I

150 200 250 300 350 400 450 500

Расстояние транспортировки км ОПЗА ИЧЗА ЕЭРД-ПЗА ВРД-ЧЗА РСД-ПЗА ВСД-ЧЗА ОРДтСД-ПЗА ЯРД-СД-ЧЗА ШРД-СД-ИАА

Рисунок 7 - Гистограмма распределения целевой функции альтернативного варианта от расстояния транспортировки при объёме вывозки 200 м3

Расчет исходных данных осуществлялся по рассматриваемым критериям для каждой альтернативы при транспортировке заготовленной древесины на расстоя-

ния от 150 до 500 км с шагом 50 км, объём вывозки в расчетах принят 200 и 300 м3. Приоритетность рассматриваемых критериев рассматривалась в порядке их наибольшей важности. В результате построения матрицы парных сравнений, веса критериев распределились в следующей последовательности: затраты на содержание 1 машино-смены - 0,4; себестоимость вывозки - 0,28; производительность - 0,18; затраты на приобретение автопоездов, строительство и ремонт лесотранс-портной сети - 0,09; количество используемых автопоездов - 0,05.

Расстояние транспортировки, км ППЗА ИЧЗА НРД-ГОА НРД-ЧЗА ИСД+ПЗА ОСД-ЧЗА ВРД^СД-ПЗА »РД-СД-ЧЗА ИРД-СД-ИАА

Рисунок 8 - Гистограмма распределения целевой функции альтернативного варианта от расстояния транспортировки при объёме вывозки 300 м3

Наименьшие значения целевой функции распределения альтернативного варианта принимает при условии ремонта и строительства лесотранспортной сети с частичной заменой имеющегося автопарка, а также при условии ремонта и строительства лесотранспортной с использованием на вывозке имеющегося автопарка.

ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ И РЕКОМЕНДАЦИИ

1. Разработаны математические модели, позволяющие обосновать комплектацию парка лесовозных автопоездов при обновлении подвижного состава и формировании автопарка, используемого на вывозке с применением метода динамического программирования. В качестве оптимизационного показателя рассматриваются затраты на содержание одной машино-смены. В качестве ограничения рассматривается сумма сменной производительности используемых автопоездов, которая не должна превышать сменный объём вывозки.

2. Разработана аналитическая зависимость вывозки заготовленной древесины на основе многокритериальной оптимизации, учитывающая состояние лесотранспортной инфраструктуры и состояние используемого на вывозке автопарка. Оптимизационными показателями являются: затраты на содержание одной машино-смены автопоездов используемых на вывозке, себестоимость вывозки 1 м3 лесоматериалов, производительность применяемых автопоездов, затраты на строительство, ремонт дорожной сети и приобретение подвижного состава, количество автопоездов используемых на вывозке.

3. Установлено, что затраты на строительство лесовозных магистралей с грунтогравийным типом покрытия в 1,9 раза ниже, по сравнению с затратами на строительство магистралей с покрытием из колейных железобетонных плит и в

2,3 раза ниже затрат на строительство магистралей с гравийным покрытием. При строительстве веток с грунтогравийным покрытием затраты на строительство в 2,2 раза ниже, по сравнению с затратами на строительство веток с колейным покрытием из железобетонных плит.

4. Проанализированы зависимости затрат на строительство 1 км лесовозных усов от типа местности с введением ограничений минимальных и максимальных затрат на строительство при минимальном и максимальном объёме использования строительных материалов. Расхождение между рассчитанными и минимальными затратами находится в диапазоне 0,75 - 28,75%, и не превышает максимальных затрат на строительство 1 км лесовозного уса.

5. Экспериментальные исследования движения лесовозных автопоездов с применением систем GPS-мониторинга показали, что при организации вывозки заготовленной древесины с лесосек, находящихся от пункта отправления на расстоянии от 150 км и далее целесообразно использовать автопоезда зарубежного производства, представленные марками Scania в комплектации с лесовозными прицепами Jyki. Данный вывод обусловлен тем, что при использовании автопоездов отечественного производства при транспортировке на расстояние выше 150 км сменная производительность снижается в зимне-весенний период на 8,55%, в осенний период на 2,16%.

6. Проведены исследования влияния расстояния вывозки заготовленной древесины и среднеквадратического отклонения скорости движения на значения сменной производительности. Доказано, что при транспортировке заготовленной древесины на расстояние до 250 км оба фактора влияют на её значение. При транспортировке на расстояние дальше 250 км связь между исследуемыми величинами ослабевает. Зависимость между исследуемыми величинами описывается полиномиальной поверхностью регрессии.

7. В результате апробации математической модели для обоснования комплектации парка лесовозных автопоездов с целью обновления имеющегося подвижного состава установлено, что с увеличением нормированного объёма вывозки заготовленной древесины от 200 до 300 м3 затраты на содержание одной ма-шино-смены повышаются на 48,32%. Так же определено, что с последовательным увеличением расстояния транспортировки на 50 км, затраты возрастают на 5%.

8. При апробации задачи многокритериальной оптимизации с целью совершенствования этапа вывозки заготовленной древесины установлено, что при объёме вывозки 200 м3 на расстояние от 150 до 350 км и 300 м3 при расстоянии вывозки от 150 до 500 км оптимальной является альтернатива частичной замены используемого автопарка. При транспортировке заготовленной древесины объёмом 200 м3 на расстояние от 400 до 500 км выгодным направлением развития этапа вывозки является ремонт имеющейся лесотранспортной сети и частичная замена имеющегося автопарка. Так как именно в этих альтернативах целевая функция распределения альтернативного варианта принимает наибольшее значение.

9. Дальнейшим направлением работы является привязка и тиражирование результатов исследований в Северо-Западном федеральном округе.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ ДИССЕРТАЦИИ ОПУБЛИКОВАНО В РАБОТАХ

Статьи в журналах, входящих в перечень ВАК

1. Иванова О. А. Задачи комплектации парка лесовозных автопоездов [Текст]/ О. А. Иванова // Ученые записки ПетрГУ. Серия: Естественные и технические науки. - 2013. - №4 (133). - С. 84-87.

2. Иванова О. А., Крупко А. М. Исследование движения лесовозных автопоездов с применением систем GPS-мониторинга [Электронный ресурс] / О. А. Иванова, А. М. Крупко // Инженерный вестник Дона. - 2014. - №. - URL: http://www.ivdon.ru/magazine/archive/n2y2014/2311 (доступ свободный) - Загл. с экрана. - Яз. рус.

3. Кузнецов А. В., Иванова О. А. Методика оценки затрат на строительство и эксплуатацию лесовозных дорог [Текст]/ А. В. Кузнецов, О. А. Иванова // Наука и бизнес: пути развития. - 2012. -№7(13). - С. 83-85.

Статьи

4. Иванова О. А. Математическое моделирование процесса транспортировки древесины [Текст]/ О. А. Иванова. - ПетрГУ. - Петрозаводск, 2011. - 7 с. - Рукопись деп. в ВИНИТИ 11.04.2011, № 170 В 2011.

Тезисы конференций

5. Иванова О. А. Методы снижения затрат при вывозке леса автопоездами [Текст]/ О. А. Иванова // Повышение эффективности лесного комплекса Республики Карелия: материалы третьей республ. науч.- исслед. конф. молодых ученых, аспирантов и докторантов. - Петрозаводск: Изд-во ПетрГУ, 2012. - С. 10-11.

6. Иванова О. А. Обоснование комплектации парка лесовозных автопоездов для обновления имеющегося подвижного состава и использования на вывозке [Текст]/ О. А. Иванова // Повышение эффективности лесного комплекса Республики Карелия: материалы четвертой республ. науч.-исследов. конф. молодых ученых, аспирантов и докторантов. - Петрозаводск: Изд-во ПетрГУ, 2013. - С. 12-14.

7. Иванова О. А. Разработка концепции развития лесотранспортной инфраструктуры на примере Республики Карелия [Текст]/ О. А. Иванова // Моя страна -моя Россия: тезисы работ Всероссийского конкурса молодежных авторских проектов, направленных на социально-экономическое развитие российских территорий.-М„ 2012.-С. 153-154.

8. Иванова О. А. Результаты апробации задачи многокритериальной оптимизации с целью совершенствования этапа вывозки заготовленной древесины [Текст]/ О. А. Иванова // Механика технологических процессов в лесном комплексе. - Воронеж, 2014.

9. Иванова О. А. Совершенствование технологического этапа транспортировки заготовленной древесины [Текст]/ О. А. Иванова // Актуальные проблемы и перспективы развития лесопромышленного комплекса. - Кострома, 2013. - С. 115-117.

Подписано в печать 16.04.2014. Формат 60 х 84 'Л6. Бумага офсетная. Уч.-изд. л. 1. Тираж 120 экз. Изд. № 118 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования ПЕТРОЗАВОДСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ Отпечатано в типографии Издательства ПетрГУ 185910, Петрозаводск, пр. Ленина, 33

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Петрозаводский государственный университет»

04201459255 На правах рукописи

Иванова Ольга Анатольевна

ПОВЫШЕНИЕ ЭФФЕКТИВНОСТИ ЭКСПЛУАТАЦИИ ПАРКА АВТОПОЕЗДОВ ПРИ ОСВОЕНИИ ТЕРРИТОРИАЛЬНО РАСПРЕДЕЛЕННЫХ ЛЕСНЫХ РЕСУРСОВ

Специальность 05.21.01 - Технология и машины лесозаготовок

и лесного хозяйства

Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук

Научный руководитель доктор технических наук, профессор

Шегельман И. Р.

Петрозаводск - 2014

СОДЕРЖАНИЕ

ВВЕДЕНИЕ..................................................................................................................4

1 СОСТОЯНИЕ ПРОБЛЕМЫ ТРАНСПОРТНОЙ ОСВОЕННОСТИ ЛЕСНЫХ ТЕРРИТОРИЙ И АВТОМОБИЛЬНОГО ТРАНСПОРТА ЛЕСА...........................9

1.1 Понятие лесотранспортной инфраструктуры, её современное состояние и обзор научных исследований по данному направлению................................................9

1.2 Основные направления развития автомобильного транспорта леса, анализ научных исследований в данной области..........................................................................23

1.3 Применение методов оптимизации для решения научно-производственных задач в лесопромышленном комплексе........................................34

1.4 Выводы по главе, цель и задачи диссертационного исследования...............42

2 ОБОСНОВАНИЕ КОМПЛЕКТАЦИИ ПАРКА ЛЕСОВОЗНЫХ АВТОПОЕЗДОВ С ПРИМЕНЕНИЕМ МЕТОДА ДИНАМИЧЕСКОГО ПРОГРАММИРОВАНИЯ........................................................................................44

2.1 Применение метода динамического программирования для решения оптимизационных задач............................................................................................................44

2.2 Роль комплектации парка лесовозных автопоездов на этапе транспорта леса...................................................................................................................................................45

2.3 Обоснование комплектации парка лесовозных автопоездов для обновления имеющегося подвижного состава.................................................................46

2.4 Обоснование комплектации парка лесовозных автопоездов, используемых на вывозке......................................................................................................................................49

2.5 Выводы по главе..............................................................................................................52

3 ПРИМЕНЕНИЕ МНОГОКРИТЕРИАЛЬНОЙ ОПТИМИЗАЦИИ ДЛЯ СОВЕРШЕНСТВОВАНИЯ ЭТАПА ВЫВОЗКИ ЗАГОТОВЛЕННОЙ ДРЕВЕСИНЫ.............................................................................................................54

3.1 Применение многокритериальных задач принятия решения для решения оптимизационных задач............................................................................................................54

3.2 Постановка задачи оптимизации вывозки заготовленной древесины.........55

3.3 Описание математической модели, действующей в задаче.............................57

3.4 Выводы по главе..............................................................................................................65

4 ОЦЕНКА ЗАТРАТ НА СТРОИТЕЛЬСТВО ЛЕСОВОЗНЫХ АВТОМОБИЛЬНЫХ ДОРОГ В ЗАВИСИМОСТИ ОТ ТИПА ПОКРЫТИЯ.....67

4.1 Описание методики........................................................................................................67

4.2 Расчет стоимости строительства постоянных лесовозных дорог (магистралей, веток)...................................................................................................................69

4.3 Расчёт стоимости строительства временных лесовозных дорог (усов)......74

4.4 Выводы по методике......................................................................................................76

5 ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ ДВИЖЕНИЯ ЛЕСОВОЗНЫХ АВТОПОЕЗДОВ С ПРИМЕНЕНИЕМ СИСТЕМ ОР8-МОНИТОРИНГА.........78

5.1 Описание исследований................................................................................................78

5.2 Описание технологического этапа вывозки, применяемого на лесозаготовительном предприятии ЗАО «Шуялес».......................................................80

5.3 Обработка результатов ОРБ-мониторинга движения лесовозных автопоездов....................................................................................................................................86

5.4 Выводы по главе..............................................................................................................97

6 АПРОБАЦИЯ МАТЕМАТИЧЕСКИХ МОДЕЛЕЙ С ЦЕЛЬЮ СОВЕРШЕНСТВОВАНИЯ ЭТАПА ВЫВОЗКИ ЗАГОТОВЛЕННОЙ ДРЕВЕСИНЫ.............................................................................................................99

6.1 Апробация математической модели для обоснования комплектации парка лесовозных автопоездов для обновления имеющегося подвижного состава.......99

6.2 Апробация математической модели комплектации парка лесовозных автопоездов, используемых на вывозке............................................................................103

6.3 Апробация задачи многокритериальной оптимизации с целью совершенствования этапа вывозки заготовленной древесины.................................107

6.4 Выводы по главе............................................................................................................114

ВЫВОДЫ И РЕКОМЕНДАЦИИ...........................................................................116

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ..............................................119

ВВЕДЕНИЕ

Актуальность темы исследования. На заседаниях президиума Государственного совета «О повышении эффективности лесного комплекса Российской Федерации» ключевым вопросом является устойчивое функционирование лесопромышленного комплекса в области лесозаготовительного производства.

В любой технологической схеме применяемой в производственном цикле на стадии заготовки древесины, вывозка и перевозка лесоматериалов играет связующую роль между лесосечными работами и отгрузкой лесоматериалов потребителям. Так как, обладая обширными запасами лесных ресурсов, транспортная освоенность лесных территорий остается низкая, то перед лесозаготовителями возникает вопрос о путях совершенствования технологического процесса вывозки древесины, направленного на повышение возможности освоения труднодоступных лесов.

В настоящее время остро стоит вопрос повышения стабильности рабочего процесса современных лесозаготовительных предприятий на стадии транспортировки заготовленной древесины. Их безубыточное и устойчивое функционирование обусловлено факторами, связанными с усовершенствованием применяемых технологий вывозки, поддержанием имеющейся сети лесовозных дорог в состоянии, удовлетворяющем предъявляемым к ним нормативным требованиям, а также строительством лесовозных дорог, для полного освоения разрабатываемых лесосек.

Решению поставленной задачи могут способствовать исследования в области повышения эффективности функционирования лесовозных автопоездов путем рациональной комплектации автопарка и учета состояния лесотранспортной сети.

Степень разработанности.

Диссертационная работа представлена в виде полноценного научного исследования, состоящего из введения, шести разделов, выводов и рекомендаций, списка используемой литературы из 127 наименований. В работе изучено состояние проблемы, описана постановка цели и задач, разработаны математическая модель обоснования комплектации парка лесовозных автопоездов с целью обновления имеющегося подвижного состава и математическая модель обоснования комплектации парка лесовозных автопоездов, используемых на вывозке. Разработана зависимость совершенствования этапа вывозки заготовленной древесины, учитывающая состояние лесотранспортной инфраструктуры и автопарка, используемого на вывозке. Сформирована база данных оценки затрат на строительство лесовозных автомобильных дорог в зависимости от типа покрытия, проведены экспериментальные исследования движения лесовозных автопоездов с применением систем ОР8-мониторинга, представлены результаты апробации разработанных моделей и зависимости, сформулированы выводы и рекомендации.

Общий объём работы 134 страницы, 20 рисунков, 9 таблиц.

Цель. Целью работы является повышение эффективности функционирования лесовозных автопоездов путем рациональной комплектации автопарка и учета состояния лесотранспортной сети.

Объекты исследований: технологические процессы и транспортные средства для вывозки заготовленной древесины, тип покрытия лесовозных автомобильных дорог по которым осуществляется вывозка.

Предмет исследования: выявление оптимальных решений для обоснования направления развития этапа вывозки заготовленной древесины, учитывая состояние используемой сети лесовозных дорог и лесовозных автопоездов, участвующих в технологическом процессе вывозки.

Задачи исследования.

1. Разработать математические модели задач формирования парка лесовозных автопоездов, приобретаемых для замены используемого подвижного состава и дальнейшего использования на вывозке, учитывая затраты на содержание одной машино-смены.

2. Разработать зависимость оптимального направления совершенствования технологического этапа вывозки заготовленной древесины, учитывая состояние лесотранспортной инфраструктуры и автопарка, используемого на вывозке.

3. Разработать базу данных затрат на строительство магистралей, веток и усов лесовозных дорог с разными типами покрытий.

4. Провести экспериментальные исследования движения лесовозных автопоездов, используемых на вывозке лесозаготовительными предприятиями с применением ОР8-мониторинга, с целью выявления закономерностей, между основными характеристиками, влияющими на движение.

5. Апробировать разработанные модели на экспериментальных данных.

6. Разработать рекомендации, позволяющие применять разработанные модели, алгоритмы на практике.

Научная новизна исследования заключается в том, что полученные результаты позволят лесопромышленным предприятиям принимать научно обоснованные решения по формированию парка лесотранспортных средств, используемых на вывозке учитывая состояние лесотранспортной инфраструктуры.

Теоретическая и практическая значимость работы заключается в том, что разработанные модели и зависимости позволят лесозаготовителю определиться с выбором направления совершенствования технологического этапа транспортировки заготовленной древесины. Учитывая затраты на содержание машино-смен автопоездов используемых на вывозке, себестоимость вывозки 1 м3 лесоматериалов, производительность применяемых

автопоездов, затраты на строительство, ремонт дорожной сети и приобретение подвижного состава, количество автопоездов используемых на вывозке, обосновать применяемые на вывозке технологические схемы, улучшить технико-экономические показатели всего предприятия.

Методология и методы исследования.

Теоретической основой исследования явились работы ведущих отечественных и зарубежных ученых в области развития вопросов лесотранспортной инфраструктуры, автомобильного транспорта леса, оптимизации производственных процессов в лесопромышленном комплексе.

В процессе выполнения работы применялись метод динамического программирования, методы математической статистики и принятия решений на основе многокритериальной оптимизации. Постановка эксперимента реализована с помощью языка программирования Visual Basic в Microsoft Office Excel. Обработка экспериментальных данных полученных в ходе исследования осуществлена в Microsoft Office Excel, Mathcad 13.

Положения, выносимые на защиту.

1. Математические модели формирования парка лесовозных автопоездов, приобретаемых для замены используемого подвижного состава и дальнейшего использования на вывозке.

2. Зависимость оптимального направления совершенствования технологического этапа вывозки заготовленной древесины, учитывающая состояние лесотранспортной инфраструктуры и автопарка, используемого на вывозке.

3. База данных затрат на строительство магистралей, веток и усов лесовозных дорог с разными типами покрытий.

4. Результаты экспериментальных исследований движения лесовозных автопоездов, используемых на вывозке лесозаготовительными предприятиями с применением систем GPS-мониторинга.

5. Результаты апробации разработанных моделей на экспериментальных данных.

6. Рекомендации, позволяющие применять разработанные модели, алгоритмы на практике.

Степень достоверности и апробация результатов.

Практическая апробация разработанных алгоритмов реализована на лесозаготовительном предприятии ЗАО «Шуялес» на стадии планирования транспортных процессов.

Основные результаты исследований были представлены на Международных научно-технических конференциях «Актуальные проблемы и перспективы развития лесопромышленного комплекса» (Кострома, 2013), «Механика технологических процессов в лесном комплексе» (Воронеж, 2014), на Всероссийском конкурсе молодежных авторских проектов, направленных на социально-экономическое развитие российских территорий «Моя страна - моя Россия» (Москва, 2012), на Республиканских научных конференциях «Повышение эффективности лесного комплекса Республики Карелия» (Петрозаводск, 2012, 2013), на заседаниях кафедры технологии и оборудования лесного комплекса и НТС КарНИИЛПКа ПетрГУ.

1 СОСТОЯНИЕ ПРОБЛЕМЫ ТРАНСПОРТНОЙ ОСВОЕННОСТИ ЛЕСНЫХ ТЕРРИТОРИЙ И АВТОМОБИЛЬНОГО ТРАНСПОРТА ЛЕСА

1.1 Понятие лесотранспортной инфраструктуры, её современное состояние и обзор научных исследований по данному направлению

Под понятием лесотранспортная инфраструктура принимают во внимание совокупность лесовозных дорог и дорог общего пользования, используемых для вывозки и перевозки заготовленных лесоматериалов.

Автомобильная лесовозная дорога представляет собой комплекс инженерных сооружений, обеспечивающих бесперебойное и безопасное движение автомобилей и автопоездов с расчетными нагрузками и скоростями.

Строительство автомобильных лесовозных дорог необходимо для их использования с целью взаимосвязи технологических процессов на лесозаготовительных операциях и лесного хозяйства. В зависимости от своего назначения, годового объёма вывозки и структуры лесозаготовительного предприятия лесовозная дорога может входить в состав лесопункта; представлять собой самостоятельный цех, обслуживающий несколько лесопунктов; входить в состав крупного транспортного предприятия, обслуживающего несколько лесозаготовительных предприятий. [74]

Транспортная сеть, используемая лесозаготовителем для вывозки и перевозки заготовленных лесоматериалов, подразделяется в зависимости от срока эксплуатации, времени действия и расчётного объёма перевозок в год.

В зависимости от срока эксплуатации лесовозные дороги делятся на постоянные и временные. К постоянным лесовозным дорогам относят магистральные дороги, срок эксплуатации которых выше пяти лет. Они соединяют лесной массив с нижним складом. К временным лесовозным дорогам относят ветки и лесовозные усы, срок службы которых не превышает пяти лет. Как правило, усы примыкают к магистрали или ветке и служат для вывозки заготовленной древесины с одной или нескольких лесосек.

По времени действия лесовозные дороги разделяют на круглогодовые и сезонные. Круглогодовые лесовозные дороги используются в течение всего календарного года заготовки древесины. Сезонные дороги эксплуатируются в зависимости от сезона заготовительных работ, поэтому выделяют два основных вида сезонных дорог - летние и зимние. Строительство летних и зимних лесовозных дорог осуществляется на основании анализа грунтовых условий лесных массивов. По результатам которого, осуществляют их распределение на зоны летнего и зимнего освоения. К зоне летнего освоения относят участки с плотными грунтами, к зоне зимнего освоения - лесосеки на переувлажненных и заболоченных участках, неравномерным запасом лесных насаждений, для освоения которых необходима обильная протяженность лесовозных дорог.

В зависимости от расчётного объёма перевозок древесины в год автомобильные дороги лесного комплекса и их отдельные участки в соответствии со СНИПом 2.05.07 - 91 подразделяются на четыре категории, млн. т. нетто/год: 1-л категория - от 0.35 до 0.7, Н-л категория - от 0.14 до 0.35, Ш-л категория - менее 0.14, к категории 1У-л относятся лесовозные дороги с невыраженным грузооборотом.

Стоит отметить, что состояние дорожной сети оказывает колоссальное влияние на качество освоения лесосек, так как дорожная сеть, находящаяся в технически плохом состоянии ведет к снижению выработки систем лесосечных машин, поэтому технологический процесс может быть нарушен в любой момент времени, а запасы не вывезенной древесины на лесосеке снижают её качество [81].

По данным Росавтодора [39], доля дорог регионального и муниципального значения, не отвечающих нормативным требованиям, в республике Карелия составляет 75%. Согласно лесному плану республики Карелия [68], густота дорожной сети в республике, используемая для перевозки лесных грузов составляет 1,84 км на 1000 га, но для полного освоения лесных территорий

всеми лесохозяйственными мероприятиями плотность дорог должна находиться в пределах от 5 до 10 км на 1000 га.

С применением на вывозке тяжеловесного транспорта увеличился процент дорог требующих ремонтных работ. Из территориальных дорог общего пользования запроектированы и построены под осевую нагрузку 12 т - 1 % от всех имеющихся дорог, под нагрузку 10 т - 3 %, оставшиеся 96 % построены под осе