автореферат диссертации по технологии, машинам и оборудованию лесозаготовок, лесного хозяйства, деревопереработки и химической переработки биомассы дерева, 05.21.01, диссертация на тему:Повышение транспортно-эксплуатационных качеств лесовозного автомобильного транспорта по условно удельной производительности

ВОРОНЕЖСКАЯ ГОСУДАРСТВЕННАЯ ЛЕСОТЕХНИЧЕСКАЯ АКАДЕМИЯ

На правах рукописи

Саушкин Олег Викторович

ПОВЫШЕНИЕ ТРАНСПОРТНО-ЭКСПЛУАТАЦИОННЫХ КАЧЕСТВ ЛЕСОВОЗНОГО АВТОМОБИЛЬНОГО ТРАНСПОРТА ПО УСЛОВНОЙ УДЕЛЬНОЙ ПРОИЗВОДИТЕЛЬНОСТИ

05.21.01. - Технология и машины лесного хозяйства и лесозаготовок

Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук

Научный руководитель доктор технических наук, академик РАЕНиЖКАРФ, профессор В.К. КУРЬЯНОВ

Воронеж -1999

ОГЛАВЛЕНИЕ

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

1. СОСТОЯНИЕ ПРОБЛЕМЫ ПОВЫШЕНИЯ ТРАНСПОРТНО-

ЭКСПЛУАТАЦИОННЫХ КАЧЕСТВ ЛЕСОВОЗНОГО АВТОТРАНСПОРТА ......................................................................................................................................9

1.1. Транспортно-технологические схемы освоения лесных массивов ...................................................................................................................................9

1.2. Анализ особенностей и условий использования лесовозных автопоездов ....................................................................................................................................................10

1.3. Состояние существующего парка лесовозного автотранспорта

и перспективы его развития ......................................................14

1.4. Цель и задачи исследования......................................................................23

2. ОЦЕНКА ТРАНСПОРТНО-ЗКСПЛУАТАЦИОННЫХ КАЧЕСТВ ЛЕСОВОЗНОГО АВТОТРАНСПОРТА............................................................24

2.1. Выбор и обоснование критерия оценки.....................................................24

2.2. Разработка алгоритма оптимизации работы ЛАТ по условной удельной производительности................................................................................................31

2.3. Проверка работоспособности алгоритма и программы.............44

Выводы по главе 2...............................................................................................45

3. АНАЛИЗ ХАРАКТЕРИСТИК ДВИЖЕНИЯ АВТОМОБИЛЯ ДЛЯ ОЦЕНКИ ЭКС ПЛУТАЦМОН11ЫХ ПАРАМЕТРОВ ЛАТ..........................46

3.1. Типовые режимы движения лесовозного автотранспорта..................46

3.2. Учет ровности и шероховатости покрытий в тяговых расчетах .. 48

3.3. Расчёта показателей движения ЛАТ с использованием единых относительных частичных характеристик автомобильных двигателей .................................................................................................................49

3.4. Расчёт расхода топлива......................................................................................................66

3.5. Расчёт показателей токсичности........................................70

3.6. Движение на подъемах. Характеристики режима тягового усилия .........................................................................................................74

3.7. Движение на спусках. Характеристики режимов торможения ... 79

3.8. Решение уравнения движения, автомобиля ..................................................83

3.9. Особенности расчёта на ЭВМ скорости движения ЛАТ......................88

3.9.1. Расчёт начальных значений скорости ..........................................88

3.9.2. Методика расчёта скорости на ЭВМ..........................................................89

3.9.3. Влияние дорожных условий на выбор передаточного числа трансмиссии.....................................................................................90

3.9.4. Ограничение скорости дорожными условиями..............................91

3.10. .Плотность распределения скорости свободного движения автомобилей ........................................................................92

3.11. Влияние дорожных условий на дисперсию скорости..........................97

Выводы по главе 3 .................................................................101

4. ВЛИЯНИЕ ВЕРТИКАЛЬНОЙ ДИНАМИКИ АВТОПОЕЗДОВ НА.

ТРАНСПО.РТНО-ЭКСПЛУАТАЦИОННЫЕ КАЧЕСТВА ЛЕСОВОЗНОГО АВТОТРАНСПОРТА .................................................................................102

4.1. Вибронагруженностъ сидений в кабинах лесовозных автопоездов .......................................................................................103

4.2. Влияние дисбаланса на колебания колес на подвеске..............................107

4.3. Влияние дисбаланса на колебания управляемых колес вокруг

оси шкворня...........................................................................124

Выводы по главе 4 .......................................................................129

5. ОПРЕДЕЛЕНИЕ ОСНОВНЫХ ПАРАМЕТРОВ ЭКСПЛУАТАЦИИ

ЛЕСОВОЗНОГО АВТОПОЕЗДА КрАЗ-260ЛС+93852 В УСЛОВИЯХ ТЕЛ Л liPM Aî ЮВСКОГО ОПЫТНОГО ЛЕСНИЧЕСТВА...........131

5.1. Объект испытаний........................................................................................................................131

5.2. Условия испытания ...........................................................132

5.3. Определение размерных показателей .....................................133

5.4. Вибронагруженностъ сиденья водителя ...........................................135

5.5. Уровень шума на рабочем месте водителя ..............................................140

5.6. Скоростные свойства и топливная экономичность..........................142

5.7. Условная удельная производительность................................................................152

Выводы по главе 5..................................................................................158

ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ И РЕКОМЕНДАЦИИ.....................................160

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ........................................................163

ПРИЛОЖЕНИЕ ..................................................................................173

тч-шт* тпттттп

ЬЬЬДЬтТЬ

Россия ввиду своего географического положения обладает огромными ресурсами. Весомое место занимают леса, которые до последнего времени рассматривали как сырьевую базу. Сейчас такая позиция изменяется, все больше внимания уделяется экологически чистым и ресурсосберегающим технологиям. Тенденция, направленная на сохранение природных ресурсов, влечет за собой изменение технологий лесозаготовки.

Основная особенность лесной промышленности - это большие лесоэксплуатационные площади, вследствие этого лесовозный транспорт приобретает особое значение. За многие годы хозяйственной деятельности было освоено большое количество лесов и создана сеть лесных дорог. Объединение их в единую транспортную систему требовало больших затрат. Строительство дорог велось в большинстве случаев только в расчете на освоение массивов с приспевающими и спелыми древостоями, без учета оптимального использования структуры в целом, в том числе особенностей работы лесного транспорта. Увеличить объемы лесозаготовок без нанесения ущерба окружающей среде в России можно за счет рубок промежу точ но го пользования, с использованием сети дешевых технологических путей в древостоях, не достигших спелости, с последующим поэтапным развитием [4].

Отрасль не может за короткий срок повысить качество существующей дорожной сети. Используя имеющуюся технику и достаточно густую опорную сеть дорог с применением новой технологии, в перспективе, можно будет отказаться от строительства временных технологических путей (усов) или уменьшить их протяженность, что имеет экономическое обоснование [55]. Последнее время из технологической схемы лесозаготовки выпадают нижние склады, т.к. груз доставляют непосредственно к потребителю, с последующим использованием дорог общего пользования. Применение автопоездов повышенной проходимости позволяет значительно уменьшить затраты на строи-

тельство веток и усов и, следовательно, снизить себестоимость транспорта-

1И.ЧЯ т; ^

риокл л^ъси..

Выбор компонентов лесовозных автопоездов и оптимизацию его технико-эксплуатационных параметров можно осуществить с применением метода математического моделирования, основой которого должен быть многокритериальный показатель, учитывающий технические, технологические, экономические, экологические и другие факторы, влияющие на качество транспортировки лесоматериалов.

Совершенство транспортно-эксплуатационных качеств (ТЭК) лесовозного автомобильного транспорта (ЛАТ) определяется его приспособленностью к вывозке древесины с наивысшей производительностью и минимальными затратами времени, труда и средств на единицу лесотранспортной работы. Для оценки этого показателя необходим обоснованный метод. Разработанные нормы ТЭК относятся, в основном, к показателям активной и пассивной безопасности, частично, к весовым и размерным параметрам. Общей же системы требований к показателям основных ТЭК не создано ни в России, ни за рубежом. Многие из нормированных показателей ТЭК ЛАТ взаимно не связанны, а иногда носят частный и случайный характер. Эти обстоятельства выдвигают рассматриваемую проблему в число важнейших народнохозяйственных и со-

'ГГ'Я' ч! ъ ^г ттотгг » 1 Т¥ ; : /",5-1: * -.1 /} I а ! 1 II. ' ,"5. к в/•■ * ггтт тт/>ОТГ

В1.Н ti.lt>! НМЛ ОСуД,С1Ч, .11 Г1 иС11\Л СШ. лу ШВШV .

Диссертация посвящена проблеме повышения транспортно - эксплуатационных качеств лесовозного автотранспорта и способствует разработке ресурсосберегающей технологии вывозки древесины. Разработка рассматриваемой проблемы, методы и способы решения входящих в нее задач имеют межотраслевой характер, так как результаты исследований могут быть использованы не только при интенсификации лесотранспортных работ, но и для оптимизации работы автомобильного транспорта в других отраслях.

Цель исследования состоит в разработке теоретических основ и практического метода повышения транспортно-эксплуатационных качеств лесовоз-

но го автотранспорта на основе использования обобщенного показателя - условной удельной производительности.

Объекты и методы исследований. Объектом исследований являлся лесо-транспортный процесс, автопоезда предприятий лесного комплекса, а также

11\}рша1 гшпал и 1 клип-аьшал Дипу шСи 1 ацлл.

При решении поставленных задач применялись следующие основные методы исследований: анализ условий функционирования лесовозного автотранспорта; имитационное моделирование на ЭВМ движения автопоездов и

колебаний колес; градиентные методы оптимизации; экспериментальное определение параметров вывозки в реальных условиях эксплуатации ЛАТ.

Новизна исследований и научных результатов заключается в разработке нового метода комплексной оценки транспортно-эксплуатационных качеств лесовозного автотранспорта и оптимизации параметров вывозки по условной удельной производительности, что позволит повысить эффективность лесо-

ТЧ^ПТТЛГТГЛПТТЦЛТ^Л ТТТЧЛТТДЛЛП

иди! I/ р^Д^

Значимость для теории и практики. Разработанные математические модели и методы оценки транспортно-эксплуатационных качеств лесовозного автотранспорта позволяют оценить и скорректировать технологию вывозки древесины на стадии их разработки. На практике по условной удельной производительности можно оценить приспособленность конструкции лесовозного автопоезда к конкретным дорогам, рекомендовать наиболее эффективные условия их эксплуатации и обосновать целесообразность конструктивных изменений. Сделанные предложения и рекомендации могут найти применение при

ынм ^си-мчп 1и Др>1 нл 1 1>.

Научные положения, выносимые на защиту. 1. Концепция и метод комплексной оценки транспортно-эксплуатационных качеств лесовозного автотранспорта по условной удельной производительности с учетом всех существующих компонентов объекта исследования и взаимосвязей между ними.

2. Алгоритмы и программы исследований основных транспортно-эксплуатационных качеств, включающих технико-экономические, энергетические, эр-

IV4 Ii ( 11 n/i/ir^ii ii тт г\тс/>гтлт\тттта/тт^тта ТТЛТСО^Л'ГЛ тттд 1 UrLUlVIfnwliliv il JJVOjlUl HlWivilV livnajaivjlfl.

3. Новый подход к оптимизации транспортно-эксплуатационных качеств по условной удельной производительности лесовозного автотранспорта и ре-

тгг\^жатт п лirriTi ттл аа ГТГ><ЛТЛТЛГТТТД/>Т|*П.* еч т гт-г\т« »лттатттпА

ним^пДаДгт ни ч/w iipan.i wiv/vivv/M}' iipfnvivnwnmv.

4. Метод и алгоритм расчета на ЭВМ скорости и других характеристик свободного движения автопоездов на основе теории автомобиля, а также методика учета ограничений при расчетах скорости для различных дорожных условий.

5. Результаты анализа дисперсии скорости движения автопоезда и ее влияние на основные транспортно-эксплутационные показатели работы лесовозно-

aDiuipani/iiopia.

6. Результаты исследования влияния дисбаланса колес лесовозного автопо-

апгтп I ■ *> т -,-.*> /Л ¡1 т а 1 'I т тттаттт т гт iT/Л 1 1 |Л ¡> 'Л И I J-т'/Л Ч 1 ¡1 /\ f-i'l

i/ОД<Л ПСА У ^- IVJOri V IV/ у Д WJUDJT1 Jf XV> ПригивиД!'! I ^JiOi 1J o.

7. Результаты исследования лесовозного автопоезда в реальных условиях

гчт^лтгтглгт гптктттттт ллттлптгт та т>ттт»лтттг Ti * г отт тт О ттеттг

jivviijiJ а iадип, u^xiubiibiv оииэидш ш р^лишспДацгш.

Апробация работы. Основные научные положения диссертационной работы доложены на Всероссийской научно-технической конференции «Рациональное использование ресурсного потенциала в агропромышленном комплексе» (Воронеж, март 1998 г.); на Международной научно-практической конференции «Научно-технические проблемы в развитии ресурсосберегающих технологий и оборудования лесного комплекса» (Воронеж, сентябрь 1998); на Международной научно-практической конференции «Рациональное использование лесных ресурсов» (Йошкар-Ола, апрель 1999); на ежегодных научно-технических конференциях студентов и преподавателей ВГЛТА (1997, 1998,

1 АЛЛ \

ivvy ГГ.).

Реализация работы. I. Основы метода оптимизации работы лесовозного автотранспорта гю условной удельной производительности внедрены в учебный процесс: разрабо-

тавные алгоритмические программы используются в курсовом и дипломном проектировании на кафедре тракторов и автомобилей (ВГЛТА) и на кафедре транспорта леса и инженерной геодезии (ВГЛТА).

2. Результаты работы и рекомендации переданы Теллермановскому опытному лесничеству Института лесоведения Российской академии наук и использованы при организации вывозки леса.

3. Результаты работы и рекомендации переданы ОАО «Домостроительный комбинат» (г. Воронеж) и использованы при организации перевозок строи-

гга ТТТ ТТТ XV ГТМ

Публикации. Основное содержание работы опубликовано в 7 статьях.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, пяти глав, основных выводов и рекомендаций, списка использованной литературы и II приложений. Объем работы ¡92 страницы текста с 36 таблицами и 48 рисунками, в том числе 20 страниц приложений, которые содержат акты внедрения, акт испытаний, протоколы испытаний и другие материалы по теме диссертации. Список использованных источников включает 120 наименований.

1. СОСТОЯНИЕ ПРОБЛЕМЫ ПОВЫШЕНИЯ ТРЛПСПОРТПО ЭКС-

ЛУАТАДИОННЫХ КАЧЕСТВ ЛЕСОВОЗНОГО АВТОТРАНСПОРТА

1.1. Транспортно-технологические схемы освоения лесных массивов

В силу особенностей географических условий, различий климата и рельефа местности, неодинакового экономического потенциала отдельных районов и лесосырьевых баз участие автомобильного транспорта в общем объеме вывозки леса составляет свыше 87% [4, 48, 55]. Протяженность лесовозных автомобильных дорог превышает 100 000 километров. Строительство постоянных

тт »аттттт XV ггалАпАПттт О'СТ'Гк ттлтл/чт' тт-Лл-ттАтт^огут^Лгт

11 ор«ь/тигшг>х/V Лс^/оиопвхл йЬАидири! ириДклильс^

Сеть лесовозных дорог подразделяется на магистрали, ветки и усы [4, магистрали ооычно составляют 2... г/о, ветки - и)...Ъ'7о и усы - »и...бэ% от общей протяженности дорог. Пробег лесовозного автотранспорта по магистралям составляет 60...70%, веткам - 20...35% и усам - 5...8%. Эту особенность необходимо учитывать при организации транспорта леса [63, 64, 65].

Существенные различия эксплуатационных качеств транспортных путей в пределах одной сырьевой базы приводят к необходимости применения различных транспортно-технологических схем вывозки древесины. Теоретические основы освоения лесосырьевых баз лесозаготовительных предприятий заложены в трудах В.И. Алябьева, Б.М. Большакова, В.А. Горбачевского, Б.А. Ильина, А.А. Камусина, В.М. Котикова, Б.И. Кувалдина, В.К. Курьянова, И.И. Леоновича, В.Н. Меньшикова, В.П. Немцова, В.И. Патякина, Э.О. Салминена, Ю.Д. Силукова, Ю.А. Ширнина и других ученых, которые способствовали развитию лесного комплекса России. Можно выделить следующие три транс-

¿иАПУЛШ Л 341*1 ^Л^ЛМ-ХМ.

1. Сеть дорог по своей структуре и качеству сравнительно однородна, дороги низших категорий; вывозка древесины осуществляется одним транспортным средством (бестрелевочная вывозка).

2. Структура дорожной сети менее однородна; выделяются магистрали, ветки и усы; для транспортировки древесины по лесосекам прокладывают во-

лок; транспорт, в целом, состоит из двух технологических элементов - трелев-

ТЛХТГ ТГ ПТ АПТЛТТ

3. В структуре дорожной сети еще в большей степени наблюдается разница между качеством отдельных ее элементов; имеются грузосборочные дороги, магистрали, подъездные пути и волоки; транспорт леса включает трелев-

Т.ПТ ттл.ттл.гшчг тт т»тттпг»ат^т

, иОДЬиол) й вохвшл) .

у-1 / \ »-»

иеть дорог (ветки, усы, волоки и др. ) по второй и третьей схемам в четыре раза превышает учитываемую в статистике протяженность лесовозных дорог, ина из года в год меняет очертания и размеры и характеризуется малой загрузкой, которая резко возрастает в отдельные периоды года.

Объем вывозки по дорогам круглогодичного действия составляет 66,2% (гравийные и щебеночные - 45,4%; железобетонные, бетонные и укрепленные вяжущими - 10,5%; лежневые - 10,3%); по дорогам, работа которых зависит от погодных условий (грунтовые, грунтовые улучшенные, зимние) - 33,5% и по дорогам общего пользования - 0,3%.

1—г __о Л Л А

предполагается, что к концу /иии года автомооильным транспортом оу-

дет вывозиться более 90% общего объема вывозки древесины. При этом объем

вывозки по отдельны�