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 лесовозных автомобильных дорог в условиях органиченных ресурсов

На правах рукописи

Логачев Виктор Никитович

ПОВЫШЕНИЕ ТРАНСПОРТНО-ЭКСПЛУАТАЦИОННЫХ КАЧЕСТВ ЛЕСОВОЗНЫХ АВТОМОБИЛЬНЫХ ДОРОГ В УСЛОВИЯХ ОГРАНИЧЕННЫХ РЕСУРСОВ

05.21.01 - Технология и машины лесозаготовок и лесного хозяйства

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

005569460

Мытищи - 2015

005569460

Работа выполнена в федеральном государственном бюджетном образовательном учреждении высшего профессионального образования «Воронежская государственная лесотехническая академия» (ФГБОУ ВПО «ВГЛТА»)

Научный руководитель: Скрыпников Алексей Васильевич

доктор технических наук, профессор

Официальные оппоненты: Заикин Анатолий Николаевич

доктор технических наук, доцент, Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Брянская государственная инженерно-технологическая академия», декан механико-технологического факультета

Левушкин Дмитрий Михайлович

кандидат технических наук, Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Московский государственный университет леса», доцент кафедры «Транспорт леса»

Ведущая организация: Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Ухтинский государственный технический университет»

Защита диссертации состоится «19» июня 2015 г. в 13.00 час на заседании диссертационного совета Д 212.146.03 при Федеральном государственном бюджетном образовательном учреждении высшего профессионального образования «Московский государственный университет леса» по адресу: 141001, г. Мытищи-5, ул. 1-ая Институтская, д. 1. Тел. 8(498) 687-38-81, е-таП: uchsovet@mgul.ac.ru

С диссертацией можно ознакомиться в научной библиотеке и на сайте ФГБОУ ВПО «Московский государственный университет леса» (msfu.ru/info/uchsovet/disserts).

Автореферат разослан «12» мая 2015 г.

Ученый секретарь ^

диссертационного совета / I Ь^гС^ Рыбин Борис Матвеевич

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА

Актуальность темы исследования. В настоящее время лесоперерабатывающие предприятия используют лесовозной фонд всего лишь на 21%. Одна из главных причин низкого уровня использования потенциала отрасли - недоступность лесосырьевых ресурсов. Освоение лесовозных богатств и поддержание конкурентоспособности лесного бизнеса в целом бессмысленно без серьёзной программы развития транспортной инфраструктуры.

Деградация и ускоренное старение дорожных конструкций в условиях быстрого роста транспортных нагрузок на дорожную сеть и несоответствия темпов проведения ремонтных работ по модернизации дорог является одной из причин низкого эксплуатационного уровня участков лесовозных автомобильных дорог.

Обеспечение необходимого эксплуатационного уровня участков лесовозных автомобильных дорог (ЛАД) при одновременном поддержании их транс-портно-эксплуатационных качеств на высоком уровне на обозримую перспективу ставит перед исследователями, занимающимися данными вопросами, основную стратегическую задачу - повышение сроков службы, транспортно-эксплуатационных качеств дорог за счёт эффективной организация ресурсного обеспечения дорожно-строительного производства в условиях ограниченных ресурсов.

Работа выполнялась автором в соответствии со Стратегией развития лесного комплекса Российской Федерации на период до 2020 года (приказ Мин-промторга России и Минсельхоз России от 31 октября 2008 г. №248/482).

Степень разработанности проблемы. В трудах проф. В.И. Алябьева, В.Н. Андреева, Б.А. Ильина, А.Н. Заикина, Б.И. Кувалдина, В.К. Курьянова, И.И. Леоновича, Э.О. Салминена заложены теоретические основы освоения лесосырьевых баз лесоперерабатывающих предприятий. Однако, в недостаточной степени рассмотрены вопросы по внедрению инновационных средств малой механизации.

Исследования в области организации строительства, ремонта и содержания лесовозных автомобильных дорог Л.В. Гончаровой, И.И. Леоновича, A.A. Камусина, Д.М. Левушкина, В.К. Некрасова, Г.А. Федотова, Я.В. Хомяка, H.A. Яндловского позволили определить, что дорожно-строительное производство имеет случайный, то есть вероятностный характер. Однако авторы не учитывают, что с точки зрения использования ресурсов дорожно-строительный процесс может оказаться неэкономичным и реализовать проект в назначенные сроки практически невозможно.

И.А. Золотарь, В.К. Курьянов, A.B. Скрыпников, доказали, что частота потребления ресурсов в процессе строительства, ремонта и эксплуатации участков лесовозных автомобильных дорог является случайной величиной, на которую огромное влияние оказывает большое количество различных факторов. К сожалению, авторы не учитывают влияния некоторых из них с помощью величины относительного веса на ход строительства, ремонта и содержания участков лесовозных автомобильных дорог.

В работах ученых И.Е. Закурдаева, В.К. Некрасова и многих других основное внимание направлено на изучение состояния дорог и безопасности движения в различных регионах России в сложных погодно-климатических условиях. Однако, в этих работах отсутствуют данные о характере распределения температурных значений атмосферы с учетом зональности территорий, а также частоты выпадения осадков, значимые для информационной составляющей за-

дач оптимального выбора при автоматизированном проектировании участков лесовозных автомобильных дорог.

Совершенствованию математических методов оптимизации проектных решений, разработке новых оптимизационных алгоритмов посвящены труды Б.А. Ильина, И.И. Леоновича, Н.П. Вырко, Б.И. Кувалдина, Э.О. Салминена, Г.Л. Козинова, М.Ю. Смирнова, Ю.Д. Силукова. Однако, требуется продолжение и существенное развитие этих исследований в данном направлении, а также поиск эффективных путей повышения качества проектных решений.

В работах В.К. Курьянова, A.B. Скрыпникова предложено использовать методы имитационного моделирования при решении вопросов организации строительства, ремонта и содержания участков дорог. Авторы дают рекомендации по обеспечению функционирования дорожно-строительного потока с заданным уровнем надежности в условиях вероятностного характера дорожно-строительного производства. Однако не учтены различные природно-климатические и производственные условия при использовании одного из законов теории вероятности применительно к одному и тому же виду работ.

Поэтому дальнейшее повышение эффективности дорожно-строительного производства непосредственно связано с усовершенствованием методик по строительству, ремонту, содержанию и координации, позволяющих определять вероятностные характеристики строительного производства. Поиск новых, эффективных строительных решений потребовал существенного развития и продолжения изысканий по этому вопросу.

Цель работы. Повышение эффективности строительства, ремонта и содержания лесовозных автомобильных дорог оптимальными строительными решениями.

Задачи исследований:

1 Спрогнозировать вероятности появления различных природно-климатических факторов, обуславливающих эксплуатационный уровень лесовозных автомобильных дорог.

2 Разработать экономико-математическую модель определения областей видов дорожных покрытий для лесовозных автомобильных дорог.

3 Исследовать составы для укрепления грунтов при строительстве лесовозных автомобильных дорог на основе отходов асбестовых производств.

4 Создать математическое описание экономических индикаторов транс-портно-эксплуатационной эффективности участков лесовозных автомобильных дорог.

Предмет исследования. Математические модели и методы процесса функционирования лесовозных автомобильных дорог.

Объект исследования. Звено «дорога» системы «Водитель-автомобиль-дорога-среда».

Методы исследований. Методы экономико-математического моделирования, теоретико-эмпирические методы, метод формализации, методы наблюдения, моделирования и сравнения. Результаты обрабатывались с помощью методов систематизации и использования статистических данных для научных и практических выводов.

Научная новизна. Результатами диссертационной работы, обладающими научной новизной, являются:

1 Методика прогноза различных природно-климатических факторов, отличающаяся учетом зональности территорий лесовозных автомобильных дорог.

2 Математическая модель определения областей видов дорожного покрытия, отличающаяся учетом эксплуатационных показателей транспортных средств.

3 Рекомендации по укреплению грунтов земляного полотна лесовозных автомобильных дорог на основе асбестовых компонентов, отличающиеся учетом условий работы дорожных одежд.

4 Аналитические зависимости для определения экономических показателей транспортно-эксплуатационной эффективности участков лесовозных автомобильных дорог, отличающиеся дифференциацией нормативных показателей качества в функциональном и региональном аспектах.

Научные положения, выносимые на защиту:

1 Методика прогнозирования различных природно-климатических факторов, позволяющая учесть характер распределения температурных значений атмосферы и частоту выпадения осадков.

2 Математическая модель определения областей видов дорожного покрытия, позволяющая установить области их безусловного применения и буферные области, где граничащие виды покрытий взаимозаменяемы по технико-экономическим показателям.

3 Предложения по использованию асбестовых отходов, позволяющие увеличить прочностные и деформационные свойства дорожных покрытий лесовозных автомобильных дорог.

4 Рекомендации по определению экономических индикаторов транспорт-но-эксплуатационной эффективности участков лесовозных автомобильных дорог, позволяющие установить их экономическую значимость.

Практическая значимость работы и результаты внедрения.

- определение глубины снежного покрова и количество выпадающих осадков с дальнейшей оптимизацией работы на вывозке древесины;

- оптимизация строительных решений, снижающая ресурсоемкостъ строительства участков лесовозных автомобильных дорог;

- определение области применения гравийного, железобетонного, черно-гравийного и асфальтобетонного покрытий для последующего использования при проектировании лесообрабатывающих предприятий;

- повышение эффективности использования финансовых ресурсов;

- обоснование технико-экономической эффективности проектных решений в жизненном цикле лесовозных автомобильных дорог.

Достоверность результатов исследований обеспечивается системным анализом означенной проблемы; при проведении многочисленных экспериментов и обработке их результатов использовались методы и теория математической статистики. Погрешность экспериментов составила до 5 %, доверительная вероятность полученных закономерностей - не менее 93 %.

Личный вклад соискателя заключается в выполнении теоретической части, проведении экспериментальных исследований, получения результатов, разработки и апробации практических рекомендаций.

Реализация работы. Научные разработки апробированы в: ЦЦМП «Магистраль» (Центрально-Черноземный регион, 2011 г., при оценке транспортно-эксплуатационных качеств ЛАД в САПР), ЛОГУП «Тербунский лесхоз» (Липецкая обл., 2011 г., при комплексном мониторинге придорожных земель ЛАД), ООО предприятие «Крит» (Республика Коми, 2013 г., при апробации экономико-математической модели определения областей применения видов дорожных покрытий на участках лесовозных автомобильных дорог), ООО «Дедал» (Рес-

публика Коми, 2013 г., при изучении состояния покрытий на лесовозной автомобильной дороге с применением известняков).

Научные разработки и компьютерные программы (software), реализующие их, внедрены в учебном процессе Ухтинского государственного технического университета.

Апробация результатов работы. Результаты работы обсуждались на международных научно-практических конференциях: научной конференции «Экология и рациональное природопользование» (Мальдивские острова, 2012 г.); VI международной научной конференции «Современные проблемы науки и образования» (г. Москва, 2012 г.); V международной научно-практической конференции «Научное творчество XXI века» (г. Красноярск, 2012 г.); научной конференции «Научно-практические аспекты ресурсосберегающих технологий производства продукции и переработки отходов АПК» (г. Воронеж, 2014 г.), а также выставке «Воронежагро-2014» при демонстрации профессионального мастерства разработки «Расчет затрат на замену и пополнение парка машин» (г. Воронеж, 2014 г.).

Публикации. Результаты исследований отражены в 13 научных работах общим объёмом 23,5 п.л. (авторский вклад - 6,3 п.л.), из них 2 монографии (авторский вклад - 4,2 п.л.), 4 статьи в изданиях, определенных ВАК Минобрнау-ки России (авторский вклад - 1,4 п.л.), 4 свидетельства о регистрации компьютерных программ (авторский вклад - 0,5 п.л.).

Соответствие диссертации паспорту научной специальности. Результаты, выносимые на защиту, относятся к пункту: 15 - Обоснование схема транспортного освоения лесосырьевых баз, поставки лесопродукции, выбора техники и способов строительства лесовозных дорог и инженерных сооружений.

Структура и объём работы. Диссертационная работа состоит из введения, пяти разделов, основных выводов, библиографического списка из 145 наименований. Материалы диссертации изложены на 187 страницах машинописного текста, содержат 32 таблицы, 55 рисунков и 5 приложений.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснованы актуальность темы диссертационной работы, сформулированы её цель и задачи, научные положения, выносимые на защиту, подчёркнута теоретическая и практическая значимости, а также научная новизна работы.

В первом разделе выполнен анализ особенностей строительства участков лесовозных автомобильных дорог.

Вопросами организации лесного дорожного строительства занимались В.Н. Андреев, А.К. Бируля, А.П. Васильев, Г.Д. Дубелир, В.В. Сильянов, A.B. Скрыпников, Б.А. Бондарев, О.Н. Бурмистрова, Е.В. Кондрашова, Д.Е. Токарев и др.

Исследования в области организации строительства, ремонта и содержания лесовозных автомобильных дорог JI.B. Гончаровой, В.К. Некрасова, Г.А. Федотова, Я.В. Хомяка позволили определить, что дорожно-строительное производство имеет случайный, то есть вероятностный характер. Очень часто составление сетевого или линейного календарного графиков выполнения строительных и ремонтных работ не учитывает их обеспеченность необходимыми ресурсами. В результате с точки зрения использования ресурсов дорожно-строительный процесс может оказаться неэкономичным и реализовать проект в назначенные сроки практически невозможно.

И.А. Золотарь, B.K. Курьянов, A.B. Скрыпников, доказали, что частота потребления ресурсов в процессе строительства, ремонта и эксплуатации участков лесовозных автомобильных дорог является случайной величиной, на которую огромное влияние оказывает большое количество дестабилизирующих факторов. Полностью исключить воздействие дестабилизирующих факторов на ход строительства, ремонта и содержания участков лесовозных автомобильных дорог полностью невозможно, поэтому необходимо определить весомость каждого фактора и принять правильное решение.

Развитию теории и методов проектирования лесовозных автомобильных дорог способствовали исследования Б.А. Ильина, И.И. Леоновича, Н.П. Вырко, Б.И. Кувалдина, Э.О. Салминена, Г.Л. Козинова, М.Ю. Смирнова, Ю.Д. Силу-кова.

Во втором разделе выполнен прогноз вероятности проявления различных природно-климатических факторов, обуславливающих эксплуатационный уровень ЛАД.

Сведения о частоте выпадения и характере выпадающих осадков, а также о распределении их по районам лесозаготовок, имеют большое значение для информационного обеспечения задач оптимального выбора в системе автоматизированного проектирования ЛАД. На основании полученных функций плотности распределения природно-климатических факторов построены интегральные кривые параметров природно-климатических факторов (табл. 2.1, рис. 2.1). Полученные данные являются справочной информацией при решении задач по совершенствованию процессов проектирования, строительства, ремонта, содержания и эксплуатации участков лесовозных автомобильных дорог.

Таблица 2.1 - Некоторые статистические характеристики распределения природно-климатических факторов на территории РФ, где производится заготовка и вывозка древесины_____

Параметры функции Хи-квадрат Пирсона Романовского Колмогорова Величина

№ Параметры Мх(х) дхЫ öx(x) доверит, разброса, Рд =90 %

1 1 воздуха: январь, °С июль, °С -2,4 -9,26 47,187 24,87 2,39 5,7 3,85 2,041 0,367 -0,387 0,972 0,989 13,05±4,96 18,31±3,67

2 Глубина снежного покрова, см -10,5 348,46 18,4 1,49 -1 1 46,4±11,23

3 Число дней со снежным покровом 5,4 523,6 26 0,731 -0,812 1 145,8±14,3

4 Число дней с образованием зимней скользкости 9,8 356,7 21,4 1,44 -0,945 1 48,7±10,14

5 Число дней в году с метелями и туманами 4,8 675,8 26 0,626 -0,821 1 61±18,4

6 Продолжительность летнего периода, дн. -19,82 1186,6 35,21 12,29 2,19 0,995 178,4±21,2

Все статистические характеристики по прогнозированию вероятности проявлению различных природно-климатических факторов: метели, туман, высокая температура воздуха, снегопад, дождь и т.д. были рассчитаны с помощью разработанной программы (свидетельство о регистрации для ЭВМ № 2011619196).

Принадлежность опытных данных и нормальному закону по указанным критериям согласия не отвергается.

1,2 1 0,8 |0,6 0,4

10

15

20

1, град.

¿4),847 ><826

\ 1.0, <5?3

у/* /V

ГО,391 АО,376

»76

18

25

"функция распределения вероятность состояния

1,2

0,8

0,6

0,4

0,2

Г—Н5- «о,731 /

У\ У0,283 40,312 \

10

15

20

25

I, град.

-санкция распределения вероятность состояния

Рисунок 2.1 - График функции распределения (1) и функции вероятности состояния (2) для параметра температуры а) январь, б) июль

В третьем разделе разработана экономико-математическая модель определения областей применения различных видов покрытий на лесовозных автомобильных дорогах.

Для учета факторов, отражающих наиболее часто встречающиеся конкретные условия проектирования дорог: категория местности; состав движения транспортных средств (типы автопоездов, осевые нагрузки); наличие или дальность подвозки основных дорожно-строительных материалов; срок службы разработана экономико-математическая модель, логистическая структура которой учитывает взаимоотношение следующих элементов процесса: дорога; транспорт; склады ГСМ; ремонтно-гаражное хозяйство. Модель дает возможность провести сравнительное исследование для гравийного, железобетонного, черногравийного покрытий и асфальтобетона (таблица 3.1). Предусмотрен также поиск области применения неравнопрочной проезжей части дороги для черногравийного и асфальтобетонного покрытий.

Анализ результатов позволил решить три задачи: определить уровень значимости параметров процесса и степень их влияния на устойчивость границ областей применения видов покрытий; получить качественную информацию, позволяющую уменьшить размерность моделей при определении оптимальных технологических процессов; определить области применения рассмотренных видов покрытий для последующего использования при проектировании лесообрабатывающих предприятий.

За целевую функцию принята разность приведенных затрат в форме

д(с+ек)50п.п.

[кд (л 1, ,0, ТД, КК, ОА, Ь, ЬР, 0, р)] -

■ [кд (л;, М §, О, ТД, КЛ, ОА, Ь, 1Л>, О, р)] Н Сп](К5:,О,са,О,,О2) 2(1 + 1,Х:С

Сл1(КИ,О,ОА,О,,О2)

ЕСЛпьСДВ.К!)- £ С^-.О.ТВ.К!)

П=1

П=1

в.

сг

-X-X

I

у1(п1^,о)+у2(п^,о) У! (л ¡л о) У2(л -Л°)

2Е • Кв • ТС

'1

+ ДФ

(3.1)

где л^) - индекс вида покрытия; С^.^| - годовые затраты на ремонт и содержание дорог; К[ - вектор коэффициентов, зависящих от вида покрытия, типа подвижного состава и размеров предприятия; СЪ - часовая заработная плата водителя с учетом всех надбавок; ТС - срок службы транспортного средства; ТВ - вектор значений районно-климатических факторов; ДФ - изменение приведенных затрат по складам ГСМ на 1 м3/км; Е - нормативный коэффициент; КД - стоимость строительства одного километра дороги; М^ - вектор коэффициентов, зависящих от категории местности; КЯ - вектор районных коэффици-

ентов удорожания; Р - вектор поправочных коэффициентов при неравнопрочных покрытиях; в) - грузоподъёмность; - снаряженная масса; - доля затрат на капитальный ремонт от цены автопоезда; Св - цена рассматриваемого автопоезда с осевой нагрузкой в; 1ЛЗ(ь) - массив амортизационных пробегов

3

по типам покрытий для рассматриваемого автопоезда; £СП - суммарные за-

п=1

траты на ТО и ТР, горюче-смазочные и шины, отнесенные к одному километру пробега в двух направлениях.

Таблица 3.1 - Область исследований

№ Фактор Обозначение Область исследований

1 Категория местности $ = {1,2,3}

Группа B-5,5=G<6

2 Осевая нагрузка, тс G Группа A-7,5=G< 10

а также G={ll;12;12,75j

3 Объёмы производства лесообрабатывающих предприятий А 50< А<1500

4 Грузообороты дорог (тыс. куб.м) Q 50 < Q < 1500

5 Расстояние подвозки гравия L 1 < L < 150

6 Расстояние подвозки песка LP 1 < LP < 50

7 Срок службы дороги, год ТД 3 < ТД < 50

8 Территориальный район с набором коэффициента удорожания Три характерных района с меньшими, большими и средними значениями коэффициентов удорожания

9 Мощность двигателя, л.с. N 210< N<500

10 Габаритная ширина, м GH 2,5 < GA < 4

11 Прицепной состав 1

Расстояние подвозки строительных материалов варьировалось до 150 км в связи с отсутствием достаточного количества этих материалов в ряде основных лесозаготовительных районов. Собирательный характер грузопотоков и наличие разветвленной сети дорог различного срока службы потребовали анализа влияния срока службы дороги в широких пределах. Оценка влияния общего объема производства в лесоперерабатывающем предприятии вызвана учетом затрат в ремонтно-гаражное хозяйство, склады ГСМ. Для железобетонных покрытий, исходя из опыта их применения и экспертных оценок специалистов, принята гравийная подушка при Q>500 и песчаная при Q<500.

Объем производства варьировался от 150 до 1500 тыс. куб.м. Установлено, что границы применения видов покрытий достаточно устойчивы (сдвиг в пределах 25 тыс. куб. м по грузообороту), что позволило провести массовый анализ для одного, наибольшего объема производства. Для определения влияния территориального района, характеризуемого своим набором коэффициентов удорожания, было проведено исследование на разработанной модели для трех характерных районов с меньшими, средними и большими значениями коэффициентов удорожания. Результат: территориальный район при решении поставленной задачи мало значим и его влиянием можно пренебречь. Оценка влияния категории местности показала, что вторая и третья категории местности дают достаточно сопоставимые результаты. Отклонение в небольшом ко-

личестве расчетных точек, и оно не превышает 25 тыс. куб. м. Первая категория местности дает существенное отличные результаты.

На рисунке 3.1 представлены области применения видов покрытий для первой категории местности в зависимости от осевых нагрузок и грузооборота в порядке нарастания сроков службы дороги и расстояний подвозки гравия для тягача и полуприцепа. На рисунке 3.2 - в зависимости от срока службы дороги.

I - область применения гравийного покрытия; II - область применения железобетонного покрытия; III - область применения асфальтобетона; а_г - участки строгих границ

областей применения видов покрытий;---- - экстраполяция границ областей применения

видов покрытий

Рисунок 3.1 - Влияние осевых нагрузок на области применения видов покрытий £ = 1,L = 5, KAMA3-53212

С увеличением расчетного срока службы дороги увеличивается область применения асфальтобетонного покрытия, что объясняется уменьшением удельного веса и критерия амортизационных отчислений (на реновацию) и увеличение удельного веса эффекта от лучших эксплуатационных показателей автопоездов, включая увеличение их пробега до списания.

Рисунок 3.2 - Влияние срока службы дороги на области применения видов покрытий = 1, Ь = 50, Урал-43204-1112-40

С ростом осевых нагрузок расширяется область применения дорожных покрытий жесткого типа - железобетонных. С ростом расстояния подвозки границ сокращается область применения покрытий жесткого типа. С увеличением расстояния подвозки песка при С2<500 растут затраты на строительство дорог с железобетонным покрытием. С ростом величин срока службы и расстояния подвозки гравия растет область применения асфальтобетонного и колейного покрытия. У автопоездов с более высокими осевыми нагрузками больше область применения колейного железобетонного покрытия.

В четвертом разделе предложены рекомендации по использованию отходов промышленности при укреплении грунтов лесовозных автомобильных дорог.

С целью выяснения условий работы дорожных одежд с покрытием из слабопрочных известняков, а также для установления видов деформаций разрушений щебеночных покрытий и их состояния было выполнено обследование ряда участков лесовозных автомобильных дорог.

В данном исследовании использовали хризотиловый асбест, имеющий следующий химический состав, % масс:

8Ю2 -42,1^0-41,99;А1203 -0,53;Ре203 -1,30;РеО-0,24;СаО-слсды;Л203 -следы; Химически связанная вода - 12,99. В опытах использованы как волокнистый (нормальный и ломкий) асбесты, так и асбестовая пыль. Асбестосодержащие добавки вводили в грунт, насухо перемешивали, после чего смесь увлажняли водным раствором кремнефтористоводородной кислоты (45 %-ной концентрации) до оптимального содержания жидкой фазы. Образцы формовали под нагрузкой 20 МПа. Механизм взаимодействия в системе асбест-кремнефтористо-водородная кислота исследован методами ИК-спектроскопии и рентгеновскими. ИК-спектры снимали на спектрометре 1Ж-20 в области частот 400-4000 см' Для исследования готовили ориентированные на подложках из бромистого калия препараты минералов до и после их обработки кремнефтористоводородной кислотой. Рентгенограммы снимали на дифрактометре.

Анализ показал, что вид асбестовых добавок (волокнистые, пылеватые) не оказывают существенного влияния на прочностные характеристики, если содержание асбеста в смесях не превышает 20 %. Увеличение количества волокнистого асбеста (более 20 %) сопровождается пропорциональным возрастанием прочности материала. Что касается добавок асбестовой пыли, то введение их свыше 50 % нецелесообразно. Обработка асбестовых материалов (без примеси грунта) обеспечивает наибольшую прочность материала (46 МПа водона-сыщенные образцы из волокнистого асбеста, 19 МПа из асбестовой пыли). Вместе с тем прослеживается и отрицательная сторона значительного содержания асбестового компонента в смеси - высокий показатель водонасыщения, достигающий 15...20 %.

Изменения физико-механических свойств грунтов, армированных добавками асбестовых отходов (до 20 % от массы грунта) и обработанных кремен-фтористоводородной кислотой (2,5...7,5 % от массы сухой смеси), приведены в таблице 5.1.

Испытания проводились на поисковых образцах, размером И = ё = 2,5 см. Содержание воды в смесях соответствовало оптимальной влажности. Прочности при сжатии (Ясж) и растяжении при изгибе (Яизг) возрастают с увеличением расхода асбеста и кислоты. Для водонасыщения (\У) получены оптимальные соотношения компонентов смеси, минимизирующие показатель водонасыщения (10... 12 % асбестового отхода, 4-6 % НзЗШб). Увеличение водонасыщения при возрастающей прочности материала закономерно связано с увеличением содержания асбестовой добавки в составе смеси.

Разработанный материал не отличается жесткостью, имеет хорошие деформационные качества. Чем больше волокнистой фракции в составе асбесто-содержащей добавки, тем выше прочность на растяжение при изгибе и меньше жестокость. Соотношение Ясж /Ё.изг, например, для смесей с 20 %-ной добавкой асбеста, равно 3. Для грунтоцемента эта величина в среднем равна 5...6. Таким образом, использование асбестовых материалов для укрепления (армирования) связанных грунтов при строительстве лесовозных автомобильных дорог и площадок может обеспечить значительный экономический эффект.

Таблица 5.1 - Результаты испытаний физико-механических свойств асбесто-грунтовых смесей__

Составы смесей, масс, части ФМС укрепления грунтов

Грунт Асбестовая пыль 11сж,МПа Кшг, МПа

2,5 0,50 0,10 2,00

5 5,0 1,30 0,35 1,10

7,5 2,20 0,70 0,50

2,5 0,80 0,20 1,30

10 5,0 1,70 0,50 0,50

7,5 3,50 1,10 0,70

2,5 1,25 0,25 0,80

15 5,0 2,50 0,95 0,75

7,5 5,00 1,65 1,30

2,5 1,95 0,49 1,05

20 5,0 4,00 1,25 1,50

7,5 6,50 2,00 2,10

В пятом разделе выполнено аналитическое представление экономических показателей эксплуатационной эффективности лесовозных автомобиль-

ных дорог.

Разработан алгоритм расчета оптимального срока реконструкции ЛАД.

Приведенные затраты за срок службы дороги

Зпр(0= ЯЕ^О+С^ф^^ + 'Т^гМ+Сг^е^сИ + ке5^, (5.1)

О I,

где (1), Е2 (^.С^ (г),С2 (1) - эксплуатационные затраты и затраты на капитальные и средние ремонты до и после реконструкции соответственно.

Приравнивая 3Пр(1) по I нулю, получаем уравнение для определения оптимального года реконструкции Е|(т)-Е2(т)+ С)(т)-С2(т)+ Р5Е =0. (5.2)

Разработана концепция экономической оценки воздействия лесовозной автомобильной дороги на природу. Экономическая оценка

Э = Зм+Уср-Эд, (5.3)

где Эд - дополнительный экономический эффект от проведения многоцелевых природоохранных мероприятий.

ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ

1 Разработанная в результате экспериментальных исследований и теоретических обобщений методика прогноза различных природно-климатических факторов позволяет учесть частоту и тип выпадающих осадков, а также ранжировку их в районе лесозаготовок. Полученная информация является отправным материалом при разрешении вопроса совершенствования процесса организации вывозки древесины, и способствует формированию свойств критериев оценки дорог.

2 Прогнозируемые вероятности появления различных природно-климатических факторов способствуют выявлению участков повышенной аварийности - участков с образованием зимней скользкости. Полученные сведения о количестве жарких дней в летний период позволяют установить ограничения по участкам дорог на проезд тяжеловесных автопоездов и сохранить их высокий эксплуатационный уровень.

3 Установлены области применения видов покрытий лесовозных автомобильных дорог. Приведенные материалы позволяют находить наиболее эффективные ви-

ды покрытий в зависимости от различных условий. Доказана целесообразность применения качественных видов покрытий на лесовозных автомобильных дорогах.

4 Разработана экономико-математическая модель, логистическая структура которой учитывает взаимоотношение элементов процесса: дорога; транспорт; склады ГСМ; ремонтно-гаражное хозяйство. С помощью разработанной модели могут быть установлены области безусловного применения гравийного, железобетонного, черно-гравийного покрытий, асфальтобетона и буферные области, где граничащие виды покрытий взаимозаменяемы по технико-экономическим показателям.

5 Установлено, что вид асбестовых добавок (волокнистые, пылеватые) не оказывают существенного влияния на прочностные характеристики, если содержание асбеста в смесях не превышает 20 %. Увеличение количества волокнистого асбеста (более 20 %) сопровождается пропорциональным возрастанием прочности материала.

6 Введение добавок асбестовой пыли свыше 50 % нецелесообразно. Обработка асбестовых материалов (без примеси грунта) обеспечивает наибольшую прочность материала (46 МПа водонасыщенные образцы из волокнистого асбеста, 19 МПа из асбестовой пыли). Вместе с тем прослеживается и отрицательная сторона значительного содержания асбестового компонента в смеси - высокий показатель водонасыще-ния, достигающий 15...20 %.

7 При сопоставлении стоимости 1 км, равнопрочных конструкций дорожных одежд из цемента и грунта, укрепленного асбестовыми отходами с добавками ^SiFg, экономический эффект составляет 400 тыс. руб.

8 Утилизация многотонажных отходов асбестовых производств способствует решению экологических проблем: освобождаются значительные площади, ранее занимаемые отходами, а использование укрепленных грунтов в качестве основания дорожных одежд позволяет избежать попадания асбестовой пыли в атмосферу.

9 Разработанный алгоритм расчета оптимального срока реконструкции участков лесовозной автомобильной дороги с учетом различного рода издержек на нее, показывает экономическую эффективность процесса функционирования дорог при интенсивности, существенно превышающей нормативное значение.

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ ДИССЕРТАЦИИ ОПУБЛИКОВАНЫ В РАБОТАХ: Публикации в изданиях, определенных ВАК Минобрнауки России

1 Логачев В.Н. Вероятностно-статистическая модель прогнозирования удельных затрат в производственные ресурсы [Электронный ресурс] / В.Н. Логачев // Современные проблемы науки и образования. - 2013. - № 5; URL: www.science-education. ru/111-10287 (авторский вклад - 0,36 п.л.).

2 Логачев В.Н. Влияние производственных факторов на ресурсопотребление при строительстве лесных автомобильных дорог [Электронный ресурс] / В.Н. Логачев // Современные проблемы науки и образования. - 2013. - № 6; URL: www.science-education.ru/111-10288 (авторский вклад - 0,36 п.л.).

3. Анализ тяговых и тормозных свойств автомобилей [Электронный pecypcl /

B.Н. Логачев [и др.] // Современные проблемы науки и образования. - 2014. - № 3; URL: www.science-education.ru /117-13002 . (авторский вклад - 0,36 п.л.).

4. Логачев В.Н., Скрыпников А.В., Кондрашова Е.В., Чистяков А.Г., Дорохин

C.В. Обоснование необходимого минимального уровня видимости дорожной разметки [Электронный ресурс] // Современные проблемы науки и образования. -2014. - № 6; URL: www.science-education.ru/120-15570 (авторский вклад - 0,36 п.л.).

Монографии

1 Информационные технологии для решения задач управления в условиях рационального лесопользования [Текст] : монография / А.В. Скрыпников, Е.В. Кондрашова, В.Н. Логачев, А.И. Вакулин. - Деп. в ВИНИТИ 26.09.2011,- №420-2011,- Воронеж.- 127 с. (авторский вклад - 1,5 п.л.).

2 Методы, модели и алгоритмы повышения транспортно-эксплуатационных качеств лесных автомобильных дорог в процессе проектирования, строительства и

эксплуатации [Текст] : монография / A.B. Скрыпников, Е.В. Кондрашова Е.В., Т.В. Скворцова, В.Н. Логачев, А.И. Вакулин // Москва: издательство ФЛИНТА: Наука, 2012. - 310 с. (авторский вклад - 2,7 п.л.).

Материалы Всероссийских и международных конференций

1 Логачев В.Н.. Математическая модель процессов загрязнения почв и растений придорожной полосы лесных автомобильных дорог [Текст] / В.Н. Логачев, A.B. Скрыпников, Е. В. Кондрашова, Т. В. Скворцова // "Международный журнал прикладных и фундаментальных исследований" №2: материалы научной конференции «Экология и рациональное природопользование». - Мальдивские острова, 15-22 февраля 2012. - С. 121-122 (авторский вклад - 0,09 п.л.).

2 Информационные технологии для решения задач управления в условиях рационального лесопользования [Текст] / A.B. Скрыпников, Е.В. Кондрашова, Т.В. Скворцова, В.Н. Логачев, А.И. Вакулин // "Международный журнал экспериментального образования" №2: материалы VI международной научной конференции «Современные проблемы науки и образования». - Москва, 27-29 февраля 2012 г. - С. 77-78 (авторский вклад — 0,03 п.л.).

3 Логачев, В.Н. Параметрическое моделирование процессов переноса загрязняющих веществ в придорожной полосе лесных автомобильных дорог [Текст] / В.Н. Логачев [и др.] // Научное творчество XXI века: материалы V Международной научно-практической конференции. - Красноярск, 2012. - Т.З. - С. 427-431 (авторский вклад - 0,08 п.л.).

Свидетельства на программное обеспечение ЭВМ

1 Свидетельство о государственной регистрации программы для ЭВМ № 2011619196 Программа оптимизации отряда дорожных машин при строительстве лесных автомобильных дорог и дорог общего пользования [Текст] / В.Н. Логачев, [и др.]; правообладатель ФГБОУ ВПО "ВГЛТА". - 2011617500 ; зарегистр. в Реестре программ для ЭВМ 29.11.2011 г. (авторский вклад - 0,12 п.л.).

2 Свидетельство о государственной регистрации программы для ЭВМ № 2012611738 Программа оптимального управления рабочими процессами двигателей машин лесного комплекса [Текст] / В.Н. Логачев [и др.]; правообладатель ФГБОУ ВПО "ВГЛТА". - 2012611738 ; зарегистр. в Реестре программ для ЭВМ 04.04.2012 г. (авторский вклад - 0,13 п.л.)

3 Свидетельство о государственной регистрации программы для ЭВМ № 2013610203 Программа расчёта загрязнения почвы придорожной полосы автомобильной дороги выбросами свинца [Текст] / В.Н. Логачев, Т.В. Скворцова, А.И. Вакулин ; правообладатель ФГБОУ ВПО "ВГЛТА". - 20126199198 ; зарегистр. в Реестре программ для ЭВМ 09.01.2013 г. (авторский вклад - 0,10 п.л.)

4 Свидетельство о государственной регистрации программы для ЭВМ № 2013610170 Программа расчёта уровня загрязнения поверхностного стока с автомобильных дорог и при техническом обслуживании автомобилей [Текст] / В.Н. Логачев, Т.В. Скворцова, А.И. Вакулин ; правообладатель ФГБОУ ВПО "ВГЛТА". -2012619706 ; зарегистр. в Реестре программ для ЭВМ 09.01.2013 г. (авторский вклад -0,15 п.л.)

Просим принять участие в работе диссертационного совета Д 212.146.03 или выслать Ваш отзыв на автореферат в двух экземплярах с заверенными подписями по адресу 141001, г. Мытищи-5, ул. 1-ая Институтская, д. 1, ФГБОУ ВПО «МГУЛ», учёному секретарю. Тел. 8(498)687-38-81, e-mail: uchsovet@meul.ac.ru

Логачев Виктор Никитович ПОВЫШЕНИЕ ТРАНСПОРТНО-ЭКСПЛУАТАЦИОННЫХ КАЧЕСТВ ЛЕСОВОЗНЫХ АВТОМОБИЛЬНЫХ ДОРОГ В УСЛОВИЯХ ОГРАНИЧЕННЫХ РЕСУРСОВ Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук Подписано к печати 05.05.15. Формат 60x90 1/16. Объём 1 п.л. Тираж 100 экз. Заказ 177 Отпечатано в ФГБОУ ВО «ВГЛТУ». 394087, г. Воронеж, ул. Докучаева, 10.