автореферат диссертации по строительству, 05.23.08, диссертация на тему:Повышение эффективности технологическогоавтотранспорта при организации строительствамагистральных газопроводов в условиях Турции (на примере строительства газопровода «Голубой поток»)

Центральный научно-исследовательский и проекгно-экспериментальный институт организации, механизации и технической помощи строительству

- ЦНИИОМТП -

На правах рукописи

РГВ од

ШЕНАЛТАН ХАКАН СЫДКЫ

Повышение эффективности технологического автотранспорта при организации строительства магистральных газопроводов в условиях Турции (на примере строительства газопровода «Голубой поток»)

Специальность 05.23.08 - Технология и организация строительства

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Москва-2000

Работа выполнена в Центральном научно-исследовательском и проектно-экспериментальном институте организации, механизации и технической помощи строительству (ЦНИИОМТП).

Научный руководитель

доктор технических наук, М.И. Грифф

Официальные оппоненты

доктор технических наук, профессор Л.В. Киевский

кандидат технических наук В.С. Олитский

Ведущая организация

ЗАО «Газстроймашина»

Защита диссертации состоится 21 декабря 2000 г. в 13.00 часов на заседании дессертационного Совета К.033.08.01 в Центральном научно-исследовательском и проектно-экспериментальном институте организации, механизации и технической помощи строительству (ЦНИИОМТП) по адресу: 127434, Москва, И-434, Дмитровское шоссе, 9.

С диссертацией можно ознакомиться в научно-методическом фонде ЦНИИОМТП.

Автореферат разослан 20 ноября 2000 г.

Ученый секретарь диссертационного Совета, кандидат технических наук,

старший научный сотрудник

А.С. Мензуренко

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы

Одним из наиболее массовых и трудоемких видов работ в строительстве является сооружение трубопроводов.

Постоянно растущие потребности развитых стран в топливно-энергетических ресурсах и освоение в связи с этим все новых нефтяных и газовых месторождений или поиск и определение новых, наиболее целесообразных с экономической точки зрения поставщиков нефти и газа, выдвигают, как одну из важнейших задач, необходимость дальнейшего ускоренного строительства разветвленной системы газо- и нефтепроводов - ответственных инженерных сооружений большой протяженности. Природный газ, который поначалу считался энергоносителем местного значения, в настоящее время составляет 21% потребляемой в мире энергии, а в 2030 г. предполагается, что доля его потребления составит 25 - 30%.

Турция планирует увеличить использование природного газа как наиболее экологичного топлива для окружающей среды при производстве электричества и а обеспечении теплом больших городов, где загрязнение воздуха достигло уровня, представляющего опасность для здоровья общества.

15 декабря 1997 года был подписан договор по проекту "Голубой поток", совместно разработанный Турцией и Российской Федерацией, в соответствии с которым определенная часть потребностей Турции в природном газе будет покрываться непосредственно из России.

Природный газ будет транспортироваться в Турцию по трубопроводу, проложенному по дну Черного моря до Турецкого порта Самсун. Турецкая часть трубопровода протяженностью 500 км пойдет от порта Самсун через города Амасья, Чорум, Кырыккале и достигнет Анкары (рис.1).

Согласно договоренности с турецкой стороной в сооружении газопровода "Голубой поток" участвуют строительные предприятия Турции, Германии и России. К сфере деятельности российских предприятий относится притрассовая зона строительства газопровода.

В условиях рыночной экономики строительные предприятия для получения наивысшей прибыли должны обеспечивать эффективное использование матери-( [ альных, трудовых и финансовых ресурсов. Одним из путей для достижения этой це- \/ I ли является снижение транспортных затрат в строительстве. В этой связи, особое значение при сооружении газопровода приобретает повышение эксплуатационной и технологической эффективности использования автомобильного подвижного состава. Такое возможно лишь при наличии научно-обоснованных методов прогнозирования наиболее производительных автотранспортных средств (АТС) для конкретных условий эксплуатации, особенно на стадии планирования производства строительных работ.

Труботранспортные автопоезда, будучи специализированными автотранспортными средствами (СПС), по своей функции являются составным звеном технологического процесса сооружения газопровода, в значительной степени влияющим на качество, сроки и стоимость строительно-монтажных работ. При этом следует

ЧЕРНОВ МОРЕ

Синоп

часра

Ж

jftiivm Д—-Г® Ш>1РЬЖКШ / ДО ■ ...Ш ¿ bJL&Sgt

К—<- Ъ «¿¿¿Л ' -„

Чнмиш1!*

» Карзквчй» Ъ^КвСюЛ

Баля i Яклыйар .

> Догймйркт '

*' Ihrfwy - • л* ^¿

•ш

:i< • Ж- •>?¥%)»

••Н.Швдарчгн." . /Г. Wv ■

Рис. 1. Трасса газопровода «Голубой поток» на территории Турции

отметить недостаточную изученность вопросов эффективного использования автомобильного транспорта при строительстве магистральных трубопроводов во взаимосвязи с количеством и расположением промежуточных складов на трассе строительства газопровода.

Принятие научно-обоснованных решений в области обеспечения строительства транспортным обслуживанием требует привлечения методов экономико-математического моделирования, оптимизации и электронно-вычислительной техники. Поэтому необходимо провести разработку методики решения задач по оптимиза-

ции структуры парка АТС, осуществляющих транспортное обслуживание строительства магистральных трубопроводов с применением ЭВМ.

Цель исследования

Совершенствование технологии доставки труб труботранспортными автопоездами при сооружении газопровода на основе определения рационального числа притрассовых складских пунктов, оптимизации парка применяемого подвижного состава и снижения транспортных затрат в строительстве.

Задачи исследования

- обоснование выбора рациональной технологии перевозок при строительстве магистральных газопроводов на основе анализа современного состояния организации транспортно-технологических процессов и используемого при этом парка автомобильного подвижного состава;

- проведение анализа и выбор теоретической базы по оценке конструктивной эффективности труботранспортных автопоездов и применению экономико-математических моделей при решении оптимизационных задач по определению структуры парка подвижного состава;

- установление основных характеристических параметров условий эксплуатации автотранспортных средств и количественных измерителей этих параметров;

- разработка математической модели движения автопоезда-трубовоза по при-трассовым дорогам с учетом ограничений, налагаемых на среднюю скорость движения автопоезда его эксплуатационными свойствами и специфическими условиями эксплуатации;

- исследование и расчет параметров движения трубовозов по заданному маршруту в конкретных дорожных условиях эксплуатации и выбор рационального набора автотранспортных средств по критерию конструктивной эффективности;

- разработка экономико-математической модели для решения задачи по оптимизации структуры парка труботранспортных машин, с учётом их максимальной приспособленности к условиям эксплуатации и организации строительства на объекте;

- проведение экспериментальных расчётов и проверка достоверности полученных результатов.

- разработка программы и расчет на ЭВМ оптимальной структуры парка труботранспортных автопоездов, необходимых и достаточных для обеспечения грузовыми перевозками возводимого объекта строительства.

Предмет исследования

Технологический процесс доставки труб специализированными автотранспортными средствами при сооружении магистрального газопровода во взаимосвязи с организационной структурой перевозок и формирование эксплуатационных транспортных затрат в строительстве.

Методы исследования

В работе используются аналитические и экспериментальные методы исследования; в основу исследования положены принципы системного подхода с учетом закономерностей развития строительного производства и автомобильного транспорта; аппаратом исследования являются положения теории автомобиля, методы матема-

тической статистики, формальной алгебры; в практических расчетах широко применялись современные программные средства; при оптимизации структуры парка трубовозов использовались метод комплексной оценки эксплуатационных свойств и математическое описание ограничений скорости движения АТС, имитационное моделирование условий движения с помощью ЭВМ и на завершающем этапе исследования - экономико-математическое моделирование.

Достоверность результатов

Достоверность результатов обеспечивалась применением обоснованных теоретических и экспериментальных методов с приемлемой сходимостью полученных данных, а также результатами натурных испытаний образцов труботранспортных машин в реальных условиях эксплуатации.

Научная новизна

Разработана методика оценки конструкции АТС, позволяющая учитывать условия эксплуатации, технологические и технико-экономические аспекты функционирования автомобильного транспорта при строительстве линейных объектов большой протяженности, включающая математическое моделирование и расчет на ЭВМ оптимального парка труботранспортных средств доставки грузов на основе комплексных показателей эффективности использования автотранспорта и производства строительно-монтажных работ (СМР).

Практическая ценность

Предложенная в диссертации методика оценки конструктивен эффективности труботранспортных автопоездов и их приспособленности к эксплуатации в условиях сооружения газопровода на основе совершенствования организационной структуры перевозок и технологического процесса доставки труб, включающая критерии, математическую модель, алгоритм и программу расчета параметров движения транспортных средств и экономико-математическую модель по определению результатов их работы, позволяет при разработке проектов производства работ (ППР) за счет оптимизации парка трубовозов повысить надежность выполнения графиков СМР, снизить себестоимость перевозок и всего строительства в целом.

Реализация результатов работы

Результаты исследования использованы в отраслевых НИИ, КБ заводов и в автотранспортных предприятиях строительного комплекса, занимающихся созданием и эксплуатацией CATC, организацией транспортного обслуживания строительства, а также в Органе по сертификации CATC.

Апробация работы

Доклады на научно-технических советах АОЗТ ЦНИИОМТП, НО «САМТ-ФОНД», ЗАО «Газстроймашина».

Публикации

По теме диссертации опубликовано 3 статьи.

На защиту выносятся

- усовершенствованная математическая модель, алгоритм и компьютерная программа имитационного моделирования движения труботранспортного автопоезда по заданному маршруту при сооружении магистрального газопровода с учетом

особенностей эксплуатации подвижного состава на притрассовых дорогах в условиях горной местности, позволяющая произвести расчет основных показателей движения: средней скорости (Vcp), среднего расхода топлива (Qcp), а также "условной удельной производительности" (Wu") - комплексного показателя конструктивной эффективности АТС, с использованием которого определяется качественный состав предпочтительного ряда труботранспортных автопоездов, необходимых для своевременной доставки труб к объекту строительства;

- экономико-математическая модель по оптимизации структуры парка труботранспортных автопоездов, позволяющая на основе рационального расположения вдоль трассы и минимизации числа притрассовых складских пунктов определить необходимое и достаточное количество автотранспортных средств, способных выполнить поставленную транспортную задачу с наименьшими эксплуатационными затратами.

- результаты теоретических исследований по определению эффективности функционирования оптимального парка труботранспортных автопоездов.

Структура и объем диссертации

Диссертация состоит из введения, 4-х глав, выводов, содержит 156 страниц текста, 27 таблиц, 18 иллюстраций, список литературы из 146 наименований и 3-х приложений.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

В первой главе - "Состояние вопроса, цель и задачи исследования" рассматривалось состояние технологии, организации и управления транспортных, погрузочно-разгрузочных и складских работ при строительстве магистральных газопроводов. Проведен системный анализ транспортного и строительного процессов, современных логистических требований к планированию, организации и управлению транспортированием, складированием и другими материальными и нематериальными операциями, совершаемыми в процессе доведения сырья, материалов и готовых изделий строительной индустрии непосредственно до объекта строительного производства - потребителя транспортных услуг в соответствии с требованиями последнего; рассматривались характеристики труб с антикоррозионной изоляцией, используемые при сооружении магистральных трубопроводов (газопроводов), типы и особенности конструкции труботранспортных автопоездов с позиции их приспособленности к работе в заданных условиях эксплуатации.

Теоретической основой исследования вопросов организации, управления, технологии и механизации строительного производства явились труды Амирова Ю.Д., Ананьева С.А., Атаева С.С., Беленького С.Е., Булгакова С.Н., Вареника Е.И., Воронина В.П., Гусакова A.A., Каграманова P.A., Киевского Л.В., Крюкова Р.В., Луговой В.П., Монфреда Ю.Б., Олейника П.П., Сахновского H.H., Фокова Р.И. и других ученых.

На практике, в силу различных причин, планы строительно-монтажных работ оказываются несогласованными по одному или ряду показателей, что приводит к существенным простоям механизмов, их нерациональному использованию и, в итоге, к удорожанию и срыву запланированных сроков строительства. Машины, как специальные, так и транспортные, выделяются на объекты без должного технико-экономического обоснования и учёта условий, в которых они должны работать.

g

Обеспечение снабжения материальными ресурсами объектов строительства осуществляется, в большинстве случаев, автомобильным транспортом. В связи с этим, представляется существенным исследование взаимовлияния строительного и транспортного процессов друг на друга. Однако при этом, следует иметь в виду некоторую подчинённость транспортного процесса.

Взаимосвязь организационно-связанных процессов транспортного и строительного проявляется в последовательном, совмещённом, одновременном их выполнении.

Наибольшее распространение в строительстве находит способ совмещенного выполнения транспортного и строительно-монтажного процессов.

Для увязки транспортного и строительно-монтажного процессов необходимо обеспечить выполнение комплекса организационно-технологических решений, состоящего обычно из:

- выбора схемы организации транспортного процесса (доставка материалов и изделий на приобъектный склад или организация монтажа с транспортных средств):

- определение времени опережения завоза материалов и изделий на стройки перед укладкой их в сооружаемый объект;

- выбор типа транспортных средств в составе транспортно-технологических комплектов машин и механизмов;

- определение потребного количества подвижного состава;

- разработка транспортного или транспортно-митажнсгс графика.

Рассматривая строительство любого объекта как единый процесс изготовления

материальных ресурсов, в нём чётко выделяется связующее звено, обладающее в определённой степени самостоятельностью и своими количественными и качественными характеристиками. В соответствии с поставленной перед системой задачей это звено призвано осуществлять целый ряд технологических операций (погрузочные, разгрузочные, подготовительные и т.п.) и перемещение груза. Таким образом, с точки зрения выполняемых функций - это транспортно-технопогический процесс (ТТП) или система (TTC), являющиеся одной из подсистем строительства объекта. На рис. 2 представлена схема взаимосвязи систем, операций и организаций, участвующих в процессе строительства.

Эффективность транспортного процесса в большой степени зависит от технологического согласования работы транспорта, производственных предприятий, потребителей продукции отраслей материального производства и снабженческо-сбытовых организаций.

Координация транспортного и производственного процессов предусматривает следующие операции:

- согласование ритма транспортного процесса с ритмом производства, достигаемое комплексным решением задачи оптимизации выбора транспортных средств, определения количества накапливаемых грузов на складах производства и потребления;

- сокращение количества перевалочных операций в пунктах погрузки и выгрузки за счёт прямой передачи грузов; *

- согласование режимов работы транспорта, складов предприятий и баз материально-технического снабжения и другие менее или более существенные операции.

Транспортно-технологическая строительная система

Производственно -подготовительные операции

Про-извод-ство материалов

Подготовка к перевозке

Перевозочные операции

Погрузка мате-риалов

Предприятие, производящее строительные материалы

Перевозка материалов

Перегрузка материалов

Транспортное предприятие

Разгрузка материалов

Подготовительные операции

Накопление материалов

Подготовка мате-риалов

Техно-ло-гиче-ские опера ции

Подача в рабочую зону бригады

Строительная организация Подразделение механизации

- прямое участие подразделения в выполнении операции;

--------косвенное участие подразделения в выполнении операции;

Рис. 2. Взаимосвязи в транспортно-технологической строительной системе

В настоящее время наукой, которая занимается вопросами управления движением материальных потоков является логистика.

В производственных функциях логистики выделяются три направления:

- торговля (всё, что связано с закупками сырья и других компонентов производства, продажей готовой продукции и послепродажным обслуживанием);

- производство;

- транспорт (пофузка, перевозка, выгрузка и хранение).

Соответственно выделяют три вида логистики: торговую, производственную и транспортную.

Целью транспортной логистики является снижение транспортных затрат и обусловленного транспортом ущерба для окружающей среды при доставке груза точно в срок и максимальном удовлетворении всех требований получателя грузов.

Транспортная логистика базируется на концепции интеграции транспорта, снабжения, производства и сбыта. В процессе развития логистики традиционные за-

дачи по раздельной оптимизации величины поставок и схем маршрутов, размещения и размера складов уступают место поиску оптимальных решений в целом по всему процессу движения материального потока в сфере обращения производства по критерию минимума суммарных затрат на транспортировку, снабжение, производство и сбыт.

Особую проблему представляет определение качества доставки грузов. Время (срок) доставки груза рассматривается как один из наиболее значимых параметров качества обслуживания потребителей.

В условиях рыночной экономики является важным достижение оптимального соотношения затрат к качеству обслуживания потребителя услуг. Последнего привлекают минимальные сроки доставки, максимальная сохранность груза, удобство при приёмке и сдачи груза и возможность получения достоверной информации о тарифах, условиях перевозки и местонаховдения груза.

Деятельность транспорта должна основываться на потребностях клиента.

Выделение объекта исследования настоящей работы производится на основе системного подхода и направлено на обоснование границ исследования, струюуры, иерархии уровней описания и степени агрегирования параметров описания объекта, их классификацию и выбор из них наиболее существенных. Основная методологическая ценность системного подхода состоит в том, что он позволяет использовать совокупность эмпирически сформулированных принципов и понятий, а также формальные методы общей теории систем для моделирования реального объекта как объекта. Внутренние границы объекта исследования определяются поставленной целью.

Транспортирование труб - это процесс, включающий операции перевозки, погрузку-разгрузку и складирование. Выполнение этих операций требует учёта ряда факторов, специфических для длинномерных грузов.

Трубы являются крупногабаритным грузом большой длины (от 12 до 36 м) и массы (до 35 т), поэтому при погрузке-разгрузке необходимо обеспечить полную безопасность этих работ и сохранность груза.

При транспортировании на каждом этапе (пункт первичного складирования -склад - трубосварочная база - трасса строительства) трубы являются источником повышенной опасности, а повреждения на трубах могут явиться причиной снижения надёжности трубопровода, транспортирующего газ под давлением.

Главной задачей организации транспортирования труб является своевременная доставка их на строительство трубопровода.

Большое влияние на организацию перевозок оказывает технология строительно-монтажных работ сооружения трубопровода.

Для обеспечения эффективной работы транспорта и строительных организаций при сооружении трубопроводов требуется особая организация погрузочно-разгру-зочных и транспортных работ, применение специализированного подвижного состава, усиление технологических связей в работе автотранспортных предприятий и строительных организаций.

Склады, где хранятся трубы, по назначению и вместимости разделяются на прирельсовые (портовые), базисные и притрассовые.

и

Трубы для газопроводов выпускаются в настоящее время с усиленной изоляцией, что позволяет увеличить их гарантированный срок службы. В связи с этим перед транспортом встаёт вопрос об обеспечении сохранности их изоляционного слоя во время транспортирования.

Автомобильный подвижной состав для транспортирования труб по функциональному назначению делится на трубовозы для перевозки труб длиной до 12 м и трубоплетевозы для перевозки труб и секций труб (сваренных из двух или трех труб) длиной до 36 м.

Трубовозы на базе автопоездов делятся на прицепные в составе автомобиля-тягача и прицепа-роспуска и седельные в составе седельного автомобиля-тягача и полуприцепа.

Особую группу труботранспортных автопоездов составляют саморазгружающиеся транспортные средства. Трубовозы и трубоплетевозы предназначены для эксплуатации на дорогах общего пользования, а также на горных дорогах и по пересеченной местности.

Изложенное выше нашло свое отражение в трудах Афанасьева Л.Л., Ке-римова Ф.Ю, Воркут А.И., Миротина Л.Б., Тышбаева Ы.Э., Хорафас Д.Н., Панова С.А., Поносова Ю.К., Гальперина А.И., Николенко В.Ф.

Отдельный раздел первой главы исследования посвящен обоснованию выбора метода оценки эксплуатационных свойств и эффективности использования АТС.

Известен тезис академика Великанова Д.П., что каждая перевозка должна выполняться с "...минимальной себестоимостью, с наименьшими затратами труда и материальных средств, наиболее быстро, безопасно и безвредно для окружающей среды". Следовательно, эффективность перевозок, помимо зависимости от степени совершенства её организации, определяется эксплуатационными свойствами используемых автотранспортных средств. В этой связи большое значение приобретает правильный выбор метода оценки эксплуатационных свойств АТС применительно к конкретным условиям их работы.

Развитию метода оценки совершенства конструкции автомобиля и автопоезда на основе теории эксплуатационных свойств посвящены труды Чудакова Е.А., Зиме-лева Г.В., Литвинова A.C., Фаробина Я.Е., Илларионова В.А., Фалькевича B.C., Великанова Д.П., Закина Я.Х., Токарева A.A.

Анализ опубликованных работ основоположников теории автомобиля позволил сделать следующие выводы:

- в большинстве работ не ставились задачи по повышению эффективности функционирования АТС в общей системе автомобильного транспорта или какой-либо отрасли народного хозяйства, а обычно исследовалось влияние одного отдельно взятого технического параметра автомобиля (автопоезда) на некоторые показатели его эксплуатационных свойств;

- ряд элементов конструкции автомобиля (автопоезда) и его эксплуатационных и особенно потребительских свойств не имеют отработанных методов оценки связи с затратами на перевозки.

В определенной степени вопросы связи автомобильного транспорта и строительства проработаны в исследованиях Гриффа М.И., Жаворонкова В.Г.,

Чеботаева A.A., Одинцова Д.Г., Трофименкова В.Ф., Златопольского Д.М., Огу-шевича М.И., Пантелеева В.И.

В работах кафедры автомобилей МАДИ под научным руководством Фаробина Я.Е. были разработаны методики, позволяющие производить выбор оптимальных конструктивных параметров АТС (например, полной массы автопоезда или главного передаточного числа главной передачи автомобиля). Там же впервые была разработана модель движения АТС по конкретному маршруту, а в качестве оптимизационного критерия "конструктивной эффективности" был рекомендован комплексный показатель Wu" - условная удельная производительность. В дальнейшем, вопросы математического моделирования движения АТС и имитационного моделирования дорожных условий в целях исследования эксплуатационных свойств автомобиля прорабатывались учениками Фаробина Я.Е.: Иродовым В.В., Олитским B.C., Файзу-лаевым Э.З., Самойленко Ю.А., Ивановым A.M. и другими.

Поскольку большая группа показателей потребительских свойств CATC для строительства под понятие "конструктивная эффективность" не подпадает, недостаточно оценивать совершенство конструкции труботранспортных автопоездов только по критерию Wu". В связи с этим расчетно-аналитический метод оценки качества и технического уровня CATC для строительства, заключающийся в определении соответствия эксплуатационных и потребительских свойств CATC конкретным условиям эксплуатации, получил свое развитие в настоящей диссертации.

bo второй глаас - "Выбор труботранспортных автопоездов для конкретных условий эксплуатации с позиции обеспечения максимально возможной аффектисно-сти" описывается общий алгоритм решения задачи и приводится вся необходимая теоретическая база для расчета технических параметров оптимальных автопоездов-трубовозов и показателей экономической эффективности их использования.

Решение задачи производится в три этапа:

Первый этап - определение тягово-скоростных характеристик, параметров устойчивости, маневренных свойств и топливной экономичности автомобильных транспортных средств (трубовозов).

Второй этап - определение на основе сравнительной оценки конструктивной эффективности АТС (с учетом ограничений по показателям устойчивости и маневренных свойств) перечня предпочтительного ряда типоразмеров труботранспортных автопоездов, возможных для использования в заданных условиях эксплуатации.

Третий этап - определение оптимальной структуры парка труботранспортных автопоездов, занятых при сооружении газопровода.

Разработанная в диссертации методика сравнительной оценки труботранспортных автопоездов предусматривает расчет основных параметров движения всех АТС рассматриваемой совокупности: средней скорости Vcp и среднего расхода топлива QCp, а также определение предпочтительного ряда типоразмеров по наилучшему значению комплексного показателя "конструктивной эффективности" Wu" - условная удельная производительность:

w „_ тУ<* 100ткм2 Qu. ' лч

Предложенная в работе математическая модель движения автопоезда по заданному маршруту позволяет рассчитать Уср, Оср и У\/и" на основе решения дифференциальных уравнений движения и расхода топлива:

+ (2)

м

V ~ } (Л)

Модель движения автопоезда учитывает характеристику дороги в виде последовательных участков с постоянными показателями.

Алгоритм расчета скорости движения (Х/ср), расхода топлива (Оср) и времени (т) прохождения каждого участка маршрута с постоянными параметрами I и V, основывается на определении режима движения в зависимости от продольного профиля, ограничений скорости движения на данном участке и начальной скорости (Ун,) и вычислении параметров движения на каждом участке (т]. Обо]).

Время и путь разгона на ¡-ой передаче определяются по формулам:

2та5 2a,V + Ъ,

(4)

ауг+Ъу + с,\;-Ъ,т,\ (5)

При разгоне с места = О,

Ук1 = 0,105лчГ4 1ип (6)

Принимается, что за время переключения передачи падения скорости движения автопоезда не происходит, и начальная скорость на последующей передаче равна конечной на предшествующей, т.е. \/ж = \Л(м).

Модель учитывает ограничения скорости движения автопоезда по показателям таких эксплуатационных свойств, как устойчивость и маневренность, а также по природно-климатическим факторам: температуре и плотности воздуха на разных высотах в горных условиях эксплуатации.

Ограничения скорости движения на криволинейных участках маршрута с разными численными значениями И устанавливаются на модели при условии, что допустимая скорость автопоезда на участке (\/Д|) будет меньше критической скорости АТС по боковому опрокидыванию:

Укроп =2.21 ^вЩ, М/с (7)

Вписываемость автопоезда на маршруте в повороты 90° обеспечивается соответствием ширины проезжей части дороги на повороте расчетной величине габаритной полосы движения (ГПД) каждого конкретного автопоезда, определяемой по формуле:

+ 0,6, м (8)

при предварительном вычислении максимального уширения габаритного коридора ДХщах автопоезда в зависимости от базы его прицепного звена (полуприцепа). Снижение мощностных характеристик и экономичности двигателя трубо-транспортного автопоезда в зависимости от его эксплуатации в горных условиях при разных высотах над уровнем моря и температуры окружающей среды учитывается путем расчета коэффициентов коррекции мощности двигателя

(крутящего момента):

х - ' — —

'рШ

' ^/=1-0,0312514 - 0.008625Н2 (9)

для дизельных двигателей без наддува;

КрШ=1-0,029Н (10)

для дизельных двигателей с наддувом;

^=1-^(1-20) (11)

КрШ„ - коэффициент коррекции, учитывающий изменение температуры окружающей среды в диапазоне 20. ..50° С.

Расчет расхода топлива АТС при движении по заданному маршруту производится для трех типичных случаев:

при установившемся движении и полной подаче топлива

а, = а0аУ*+Ъ(1су + с^, кг/с; (12),

й„ . кг;

(13),

при разгоне и полной подаче топлива V -V Ь

ау1+ъуь+с,

) +

Ь; + 2 а,с

, кг

"О"

2 а

при торможении

(14),

(15)

Средний расход складывается из расходов топлива по участкам маршрута.

Результаты вычислений печатаются в виде таблицы.

В третьей главе - проведен анализ условий эксплуатации, анализ структуры парка автотранспортных средств, а также проведена проверка модели на адекватность, приведены результаты теоретических и экспериментальных исследований дорожно-транспортных и природно-климатических условий эксплуатации автомобильного подвижного состава при строительстве газопровода "Голубой поток", результаты анализа качественного состава парка труботранспортных автопоездов,

предназначенных для работы в данных условиях эксплуатации, описан аппаратурный комплекс, который был применен для снятия характеристик макропрофиля притрассовых дорог и режимометрирования параметров движения труботранс-портных автопоездов, а также анализ сходимости расчетных и экспериментальных данных, подтверждающих достоверность полученных результатов. Под качественным составом парка подвижного состава подразумевается типоразмерный ряд трубовозов, способных выполнять работу с наибольшей эффективностью.

Одним из основных путей повышения эффективности АТС является обеспечение наибольшей их приспособленности к конкретным дорожно-транспортным и природно-климатическим условиям эксплуатации.

Методика оптимизации структуры парка CATC, изложенная в Главе 2, предполагает необходимость наличия соответствующих данных об условиях эксплуатации на конкретных маршрутах. В качестве таковых были рассмотрены реальные укрупненные магистральные участки маршрута перевозки труб, а также притрассовые участки, возможные для использования перевозчиками трубной продукции.

На первом этапе исследования маршрутов движения трубовозов при сооружении трассы газопровода был проделан предварительный топографический анализ карты автомобильных дорог Турции и территории строительства газопровода (Самсун -Ама-сья - Чорум - Кырыккале - Анкара) с целью выявления различных по сложности рельефа и макропрофиля реальных маршрутов перевозок трубной продукции.

Было установлено, что работа автомобильного подвижного состава при строительстве газопровода проходит, в основном, в условиях горной местности с высотами не более 2000 м над уровнем моря (см. табл. 1).

Таблица 1

Значения давления (р) и плотности (р) воздуха при различных высотах (Нм) над уровнем моря на трассе газопровода "Голубой поток"

Укрупненные участки Маршрута Н„, м р, м. рт. ст. р, кг/м3

Самсун - Амасья (113 км) 200-1300-2000 674,1-596,2 1,1120-1,0068

Амасья - Чорум (78 км) 2000-1700 596,2-635,15 1,0068-1,0594

Чорум - Кырыккале (164 км) 1700-1700 635,15 1,0594

Кырыккале- Анкара (76 км) 1700-1900 635,15-615,67 1,0594-10331

Снижение плотности воздуха уменьшает весовой заряд и наполнение цилиндров двигателя, увеличивает удельные механические потери и в результате приводит к снижению мощности (крутящего момента) двигателя и увеличению удельного расхода топлива.

Согласно договоренности сторон трубы доставляются на притрассовые склады из порта Самсун немецкими перевозчиками, а с трубозаготовительных заводов - ту-

рецкими перевозчиками. Российская сторона обеспечивает доставку труб с притрас-совых складов (площадок временного хранения) непосредственно к самой трассе по притрассовым дорогам, которые прокладываются одновременно с сооружением самого трубопровода. Нитка трубопровода одна. Протяженность притрассовых дорог на участке подвоза труб к трассе до 11 км.

Партионность возимости (на один автопоезд) обусловливается массо-габаритными параметрами груза, конструктивными особенностями автопоезда-трубовоза, условиями безопасности движения и составляет: 1, 2, 3 трубы за одну ездку в зависимости от грузоподъемности применяемого подвижного состава.

Сложность дорожных условий эксплуатации определяется, в первую очередь, величинами углов подъемов и спусков, их протяженностью, видом и состоянием дорожного покрытия, кривыми в плане.

Особое место в исследовании занимают сооружаемые притрассовые дороги, которые подразделяются (каждая) на два участка: первый - для движения АТС от притрассового склада к строительной зоне, который имеет обычно небольшую длину по отношению ко всей протяженности маршрута, и второй - для вдольтрассового передвижения АТС. Это дороги временного назначения (со сроком эксплуатации по СНиП 2.05.02-85 менее 5-ти лет), наиболее трудные для движения; их дорожное покрытие - грунт сухой укатанный, предельные подъемы могут достигать величины более 10%, с частыми разворотами на 90°,криволинейные участки на этих дорогах составляют 35% иг общей протяженности маршрута. Наименьшие радиусы кривых притрассовых дорог выполняются, как правило, с И = 30 м.

Учитывая одномерность перевозимых труб, используемых при строительстве газопровода (01220 мм) и относительно небольшую для длинномерного груза длину (I = 12500 мм), труботранспортные автопоезда для данных перевозок можно подразделить по компоновке на две группы: первая - прицепные в составе автомобиля-тягача, оборудованного полноповоротным коником, и прицепа-роспуска, соединенных между собой дышлом, через которое передается тяговое усилие от автомобиля к прицепу, вторая - в составе седельного тягача, на седельно-сцепном устройстве которого в транспортном положении специальным захватом фиксируется передняя часть перевозимой трубы (комплекта труб), и прицепа-роспуска, на который опирается задняя часть трубы (комплекта труб), при этом, связь между автомобилем и прицепом осуществляется при помощи тягово-страховочного каната, а тяговое усилие от автомобиля к прицепу передается через перевозимые трубы и канат. Жесткость и прочность труб (толщина стенки трубы 5 = 14,3 мм) достаточны для передачи тяговых усилий меиоду звеньями трубовоза.

Определение совокупности АТС, необходимых для исследования соответствия их эксплуатационной и технологической приспособленности к условиям строительства газопровода "Голубой поток", проводилось на основе ряда следующих принципов:

- набор возможных АТС для использования в условиях строительства газопровода был ограничен образцами автомобильной техники России и СНГ, имеющихся в настоящее время на коммерческом российском транспортном рынке;

- учитывая то, что трасса газопровода прокладывается в условиях горной местности и пониженного атмосферного давления, а также функционирование подвижного состава связано с движением по дорогам общего назначения и по бездорожью, предпочтение было отдано труботранспортным автопоездам с автомобилями-тягачами повышенной проходимости, оснащенными дизельными двигателями; при этом выбор типа двигателя был сделан также из расчета удовлетворения современных требований в части повышения экологической безопасности и уменьшения расхода топлива используемых АТС;

- на основе анализа транспортных условий эксплуатации, в первую очередь параметров массы труб и партионности возимости, рассмотрению и углубленному исследованию подверглись эксплуатационные характеристики автомобилей тяжелого класса, относящихся как к дорожным, так и к внедорожным АТС;

- опираясь на многолетний опыт проектно-конструкторских и научно-исследовательских организаций, благодаря которому на практике при создании трубовозов ранее было установлено, что масса оборудования бортового автомобиля, включающего; надрамник, щит безопасности и полноповоротный коник, идентична массе снимаемой платформы автомобиля -кузова общего назначения (операция производится для возможности его работы в сцепе с трубовозным прицепом-роспуском), можно считать, что параметры массы рассматриваемых автомобилей-тягачей при такой замене остаются неизменными;

- формирование состава труботранспортных автопоездов (трубовозов) для исследования их эксплуатационных свойств проводилось с учетом агрегирования автомобиля-тягача с соответствующим прицепом-роспуском при условии соблюдения величины полной массы автопоезда, в пределах назначенной ему техническими условиями (ТУ) завода-изготовителя автомобиля;

- выбранные автомобили-тягачи агрегировались для работы в составе труботранспортных автопоездов с прицепами-роспусками, по своей конструкции подобными выпускавшимся ранее серийно различными промышленными предприятиями строительной индустрии.

В результате на предварительном этапе исследования были установлены и уточнены основные технические параметры 30-ти моделей (типоразмеров) трубовозов, численные значения которых были необходимы для осуществления имитационного моделирования АТС на ЭВМ.

Перечень приборов, использованных для регистрации параметров продольного профиля дорог и режимов движения АТС, приведен на блок-схеме аппаратурного комплекса, разработанного в рамках выполнения данного исследования (рис. 3).

С помощью аппаратурного комплекса были сняты статистические характеристики макропрофиля всех участков общего маршрута трассы.

На основании обработки экспериментальных данных обследований продольных уклонов реальных притрассовых дорог были построены гистограммы и теоретические распределения плотности вероятности уклонов продольного профиля, которые подтвердили выводы опубликованных ранее исследований о том, что кривая распределения продольных уклонов горных дорог хорошо описывается нормальным законом распределения.

ДАТЧИК СПИДОМЕТРА

ПРЕДСЧЕТНЫЙ БЛОК

АКУСТИЧЕСКИЙ СИГНАЛИЗАТОР

РЕГИСТРАТОР

ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ ПАГ-1Ф

пду

12 В

Рис. 3. Блок-схема аппаратурного комплекса для регистрации продольного профиля автомобильных дорог

В связи с этим тестируемый участок притрассовой дороги в нашем случае выбирался с учетом того, что апроксимированная модель горной дороги состоит из отдельных отрезков (элементов), совокупность уклонов которых соответствует закону нормального распределения, а также, согласно принятой в автомобильной отрасли классификации эксплуатационных условий тестируемый участок дороги, относящийся к категории тяжелых условий эксплуатации, был выбран с грунтовым покрытием в удовлетворительном состоянии. Кроме того учитывалось условие наличия на участке равнинных частей дороги с уклоном до 5%, холмистых частей с уклонами до 10% и перевальных частей с уклонами до 15% и поворотами на 90°, как основных факторов, влияющих на величину исходных параметров движения АТС - Х/ср и 0ср.

Обработка данных, зафиксированных на ленте самописца, и проверка по критерию согласия Пирсона подтвердили гипотезу о принадлежности распределения уклонов на выбранном тестируемом участке маршрута к нормальному закону.

При исследовании транспортных условий эксплуатации было установлено, что работа автопоездов-трубовозов на подвозе труб непосредственно к прокладываемому трубопроводу может осуществляться по притрассовым дорогам со значениями протяженности в интервале от 10 до 14 км. Поэтому для целей математического моделирования был отобран участок притрассовой дороги протяженностью 11 км на территории части маршрута трассы газопровода - "Самсун - Амасья" с соответствующими параметрами макропрофиля, которые представлены в табл. 2.

Таблица 2

Характеристика макропрофиля притрассовой дороги

Участок N 1 2 3 4 5 6 7 8 9

Длина, м 1925 1235 860 1235 1920 1925 520 520 860

Уклон, % +3 -5 +10 +5 0 -3 + 15 -15 -10

Проверка модели на адекватность осуществлялась методом сравнения расчетных данных с экспериментальными, полученными при специальных испытаниях на тестируемом участке дороги.

Объектами испытаний были автопоезда в составе автомобилей-тягачей Урал-4320 и КрАЗ-260В полной массой соответственно 18465 кг (с одной трубой), 37930 кг (с тремя трубами) с прицепами-роспусками.

Результаты, полученные экспериментальным и расчетным методами, представлены в табл.3.

Таблица 3

Сравнение результатов определения параметров движения труботранспорт-ных автопоездов с автомобилями-тягачами Урал-4320 и КрАЗ-260В,

полученных экспериментально и на модели (соответственно)

Параметры Эксперимент Расчет Д, %

Усо, км/ч 40,4; 35,7 41,8; 37,2 3,5; 4,2

(2Ср, л/100 км 46,6; 78,63 | 44,8; 76,72 3,9;2,4

Анализ данных, представленных в табл. 3, показывает, что результаты, полученные расчетным методом, близки к экспериментальным, следовательно, принятые исходные данные для расчетов на ЭВМ, обеспечивают высокую сходимость результатов.

В четвертой главе - "Исследование эксплуатационной эффективности автотранспортных средств в условиях строительства газопровода" приведены результаты теоретических расчетов показателей конструктивной и экономической эффективности труботранспортных автопоездов при их работе на притрассовых дорогах строительства газопровода "Голубой поток".

На предварительном этапе исследования для использования при строительстве газопровода был определен предпочтительный ряд типоразмеров труботранспортных автопоездов по наилучшим значениям величины комплексного показателя конструктивной эффективности - \Л/и" - условная удельная производительность. Затем эксплуатационная эффективность транспортной составляющей строительства рассматривалась по следующим вариантам организации работы транспортно-технологического комплекса:

- во-первых, рассматривались варианты по количеству притрассовых складов (5, 10 и 15), и степень их влияния на технико-экономические показатели деятельности автомобильного транспорта;

- во-вторых, рассматривались методы оценки того или иного способа доставки труб по количеству одновременно перевозимых труб одним транспортным средством (перевозка 1, 2 и 3 трубы);

- в-третьих, рассматривались методы отбора подвижного состава по экономическим показателям его использования при доставке труб непосредственно от притрассовых складов к трассе газопровода.

На основе исследования влияния организационно-технологических факторов на технико-экономические показатели эксплуатации трубовозов при работе их на

подвозе труб непосредственно к трассе газопровода получены зависимости средней длины ездки с грузом от количества притрассовых складов и времени простоя под погрузкой-разгрузкой от количества перевозимых труб.

По результатам реализации разработанной в рамках настоящего исследования экономико-математической модели получены зависимости транспортных затрат от применения рассматриваемых труботранспортных автопоездов при различных вариантах организации притрассовых складских пунктов (рис.4). Определена структура себестоимости эксплуатации труботранспортных автопоездов (в разрезе видов затрат) при 5-ти складах, 10-ти и 15-ти (рис.5).

Результаты выбора CATC, необходимых для эффективного транспортного обслуживания возводимого объекта, выполненные по критерию минимизации затрат, совпадают с выводами, полученными по результатам определения предпочти-телььного ряда типоразмеров с использованием критерия конструктивной эффективности - Wu".

По результатам анализа техниико-экономической эффективности определены количество, состав и тип специализированных автопоездов (трубовозов), необходимых и достаточных для выполнения полного объема перевозок труб при сооружении газопровода "Голубой поток"

Основные выводы

1. Сооружение газопровода "Голубой поток" обусловлено необходимостью пополнения Турцией своих энергетических ресурсов'

- основным связующим звеном составляющих строительного процесса газопровода является автомобильный транспорт и, прежде всего, специализированный подвижной состав.

2. Проблема эффективного использования CATC в строительстве газопроводов не может решаться без научно-обоснованных методик выбора оптимального состава труботранспортных машин при выполнении конкретной транспортной задачи:

- современные методы оценки совершенства конструкции грузовых автомобилей и автопоездов основываются, как правило, на технико-экономическом подходе к решению такой задачи. Кроме того, в современных условиях основные вопросы функционирования и эффективного использования CATC в строительном комплексе не могут решаться без результатов математического моделирования движения CATC по конкретным маршрутам.

3. Анализ разработок расчетно-теоретического метода оценки совершенства конструкции и выбора наиболее эффективных CATC, а также работ по формированию и реализации экономико-математических моделей функционирования строительного транспорта, дающих возможность определить качественный и количественный состав используемых транспортных средств, способных выполнять перевозки грузов с наименьшими затратами и учетом технико-экономических показателей их работы, а также организационно-технологических особенностей строительства в конкретных дорожных и природно-климатических условиях, определил цель и задачи настоящего исследования.

зо.оо

20,00 -

0,00

10 11 12 13 14 15 16 17 18 19

порядковые номера подвижного состава отобранной совокупности

Рис. 4. Себестоимость эксплуатации подвижного состава при наличии 15 притрассовых складов

Урал-44202-31 + ГКБ-9362

Накладные расходы 20% Затраты на шины

1% 1

Затраты на ТО и Р 2%

Амортизационные отчисления 4%

Затраты на смазочные материалы 2%

Затраты на топливо 17%

Зарплата с начислениями 54%

Урал-6361 + ПВ-204

Накладные расходы 20%

Затраты на шины 1%

Затраты на ТО и Р 2%

Амортизационные отчисления 5%

Затраты на смазочные материалы 2%

Затраты на топливо 14%

Зарплата с начислениями 56%

Рис. 5. Структура себестоимости эксплуатации применяемого (Урал-44202-31 + ГКБ-9362) и рекомендуемого (Урал-6361 + ПВ-204) подвижного состава при использовании 15 притрассовых складов

4. Работа российских перевозчиков, участвующих в доставке труб при сооружении газопровода "Голубой поток", осуществляется, в основном, по притрассовым дорогам в условиях горной местности с высотами над уровнем моря до 2000 м, что связано с изменением (снижением) плотности воздуха и уменьшает весовой заряд и наполнение цилиндров двигателей трубовозов, увеличивает удельные механические потери и, в результате, приводит к снижению мощности (крутящего момента) двигателя и увеличению удельного расхода топлива.

5. Общий алгоритм решения поставленной задачи состоит из 3-х этапов:

- расчета на модели показателей эксплуатационных свойств, как формирующих, так и ограничивающих режим движения АТС на маршруте;

- сравнительной оценки конструктивной эффективности применяемых и перспективных АТС и последующем установлении предпочтительного ряда автопоездов-трубовозов по техническому критерию Wu" - условная удельная производительность;

- определения оптимальной структуры парка труботранспортных автопоездов, необходимых и достаточных для выполнения полного объема строительно-монтажных работ при сооружении газопровода на основе снижения транспортных затрат.

6. Учет реальных условий эксплуатации в исследовании основывается на выделении тестируемого участка маршрута движения трубовозов, по своим качественным и количественным характеристикам являющегося типичным для данного района строительства газопровода; показателями, отражающими реальные условия эксплуатации, являются: средняя техническая скорость движения CATC и путевой расход топлива;

7.Установлено, что организация транспортно-технологического процесса (ТТП) в совокупности связёй транспортно-технологической системы (TTC) при строительстве газопроводов оказывает существенное влияние на сроки строительства и эффективность производства работ.

8. Проведенные исследования транспортно-технологических схем доставки труб ст притрассовых складов непосредственно к нитке газопровода позволили установить резервы повышения производительности и снижения эксплуатационных затрат за счет использования наиболее эффективного подвижного состава

9. Предложенная в диссертации методика оценки конструкции CATC, позволяющая учитывать условия эксплуатации, технологические и технико-экономические аспекты функционирования автомобильного транспорта при строительстве линейных объектов большой протяженности, включающая критерии, математическую модель, алгоритм и программу расчета на ЭВМ параметров движения труботранспортных средств доставки грузов, а также экономико-математическую модель по определению результатов их работы, позволяет за счет оптимизации парка трубовозов путем минимизации эксплуатационных затрат повысить надежность выполнения графиков СМР, снизить себестоимость перевозок и всего строительства в целом.

10. Обоснован выбор 25 параметров и определения предпочтительного ряда типоразмеров труботранспортных автопоездов на основе сравнительной оценки и определения технического уровня автопоездов по показателям тягово-скоростных свойств, топливной экономичности, устойчивости и маневренности.

11. Проведенное сравнение экспериментальных и теоретических (расчетных) данных по определению параметров движения АТС: средней скорости на маршруте (Vcp) и среднего расхода топлива (Qqj) в зависимости от характеристики дороги и ограничений, налагаемых природно-климатическими факторами и эксплуатационными свойствами АТС, показало, что математическое моделирование на ЭВМ движения транспортных средств дает достоверные результаты, близкие к реальным.

12. Расчеты показали:

-для выполнения всего объема перевозок труб при строительстве газопровода (275000 тонн) необходимо и достаточно использовать 8 труботранспортных автопоездов с тягачами Урал-6361 и прицепами-роспусками типа ПВ-204 при организации 15-ти притрассовых складских пунктов;

- применение рекомендуемых CATC позволит снизить численность подвижного состава по сравнению с применяемым на 29%, а эксплуатационные затраты на 31%.

13. Разработанные в результате исследования методика выбора CATC для конкретного объекта строительства и программное обеспечение к ней были использованы ЗАО УралАЗспецтехника (г. Миасс) при проектировании прицепов-роспусков и формировании труботранспортных автопоездов, предназначенных для работы при сооружении газопровода «Голубой поток», что позволило применить с имеющимися в эксплуатации автомобилями-тягачами повышенной проходимости (типа УралАЗ) наиболее приспособленный к условиям Турции прицепной состав.

Основные положения диссертации опубликованы в следующих работах:

1. Шеналтан Хакан С. Организация транспортных перевозок крупноразмерных труб. //Ж. «Промышленное и гражданское строительство», N2 10, 2000.

2. Шеналтан Хакан С. Автотранспорт при строительстве магистральных трубопроводов. II Ж. «Механизация строительства», № 10, 2000.

3. Грифф М.И., Шеналтан Хакан С. Моделирование параметров движения автотранспортных средств в зависимости от их технического уровня и природно-климатических факторов. // Ж. «Жилищное строительство» (находится в печати).

Формат 60x90/16. Бумага писчая N8 1. Тираж 100 экз. Отдел подготовки методической документации АОЗТ ЦНИИОМТП 127434. Москва, Дмитровское шоссе, 9 Телефон (095) 976-48-92