автореферат диссертации по технологии, машинам и оборудованию лесозаготовок, лесного хозяйства, деревопереработки и химической переработки биомассы дерева, 05.21.01, диссертация на тему:Совершенствование размещения временных лесовозных автомобильных дорог в лесосырьевых базах

На правах рукописи

Рыбников Павел Сергеевич

СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ РАЗМЕЩЕНИЯ ВРЕМЕННЫХ ЛЕСОВОЗНЫХ АВТОМОБИЛЬНЫХ ДОРОГ В ЛЕСОСЫРЬЕВЫХ БАЗАХ

05.21.01 — Технология и машины лесозаготовок и лесного хозяйства

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

10 ОКТ 2013

Воронеж - 2013

005534560

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

Научный руководитель

доктор технических наук, профессор Сушков Сергей Иванович

Официальные оппоненты:

Ведущая организация

доктор технических наук, доцент Бурмистрова Ольга Николаевна

доктор технических наук, профессор Посметьев Валерий Иванович

Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Северный (Арктический) Федеральный университет имени М. В. Ломоносова»

Защита состоится 25 октября 2013 г. в 13 часов 00 минут на заседании диссертационного совета Д 212.034.02, созданного на базе Федерального государственного бюджетного образовательного учреждения высшего профессионального образования «Воронежская государственная лесотехническая академия» (394087, г. Воронеж, ул. Тимирязева, д. 8, ауд. 146).

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ФГБОУ ВПО «ВГЛТА».

Автореферат разослан 24 сентября 2013 г.

Ученый секретарь

диссертационного совета Д 212.034.02

Платонов А. Д.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ Актуальность темы. Заготовка древесины предполагает строительство временных дорог в отдельные участки лесосырьевых баз и в лесосеки, данные дороги обеспечивают доступ транспортных средств к осваиваемым участкам лесного фонда и направляют потоки лесоматериалов к лесовозным магистралям и путям транспорта общего пользования. В настоящее время ведущим и перспективным видом транспорта лесоматериалов является автомобильный, эффективная эксплуатация которого требует прокладку в лесосырьевые базы постоянных и временных лесовозных автомобильных дорог. Объемы строительства временных автомобильных дорог определяются объемом заготовки древесины, природными особенностями лесосырьевой базы, размерами лесосек. Увеличение объемов заготовки древесины, сокращение площади и ширины лесосек приводят к значительному возрастанию объемов строительства временных лесовозных автомобильных дорог и повышению себестоимости вывозки лесоматериалов.

Параметры размещения временных лесовозных автомобильных дорог в лесосырьевых базах и конкретных лесосеках определяют затраты на вывозку лесоматериалов из лесосек, а следовательно, оптимизация данных параметров с учетом при-родно-производственных особенностей, требований по ограничению площади и ширины лесосек является резервом повышения эффективности лесовозного автомобильного транспорта. К сожалению, опыт показывает, что применяемые принципы и схемы размещения временных лесовозных автомобильных дорог в лесосырьевых базах имеют недостатки, приводящие к увеличению затрат на вывозку лесоматериалов. Существующие аналитические зависимости и оптимизационные алгоритмы определяющие ширину зоны тяготения к лесовозным веткам, положение и протяженность лесовозного уса в пределах лесосеки, не учитывают возможность примыкания уса к ветке под углом отличным от прямого, зависимость оптимального расстояния между погрузочными пунктами от угла примыкания уса к ветке и положения уса па лесосеке, что не позволяет специалистам, осуществляющим руководство строительством лесовозных автомобильных дорог и вывозкой лесоматериалов оперативно принимать грамотные решения по размещению временных путей погрузочных пунктов, разворотных петель.

Освоение удаленных от путей транспорта лесных массивов, содержащих качественную древесину, требует строительства новых лесовозных автомобильных дорог, и в том числе временных. Оптимальное размещение временных лесовозных автомобильных дорог в осваиваемых лесосырьевых базах позволит снизить себестоимость заготовки древесины и повысить эффективность лесозаготовительных производств, а потребители древесины получат качественное сырье по приемлемым ценам. Следовательно, тема диссертационной работы актуальна в современных усло-

Диссертационная работа выполнена в рамках госбюджетной научно-исследовательской работы кафедры промышленного транспорта, строительства и геодезии Федерального государственного бюджетного образовательного учреждения высшего профессионального образования «Воронежская государственная лесотехническая академия» (ФГБОУ ВПО «ВГЛТА») по теме «Разработка энергосберегающих и экологически перспективных технологий транспорта леса» (номер государственной регистрации 01201168746).

Степень разработанности проблемы. Совершенствованием теории и способов транспортного освоения лесосырьевых баз занимались отечественные и зарубежные ученые: Д. А. Попов, Б. А. Ильин, Н. А. Тюрин, Н. М. Невесский А А Ранцев, Б. И. Кувалдин, В. К. Курьянов, Г. А. Борисов, И. Р. Шегельман, В. М. Залож-ных, В. Я. Ларионов, Д. Н. Афоничев, И. И. Леонович, Н. П. Вырко, D. Mattews, G. Larsson, J. Tan, J. Rowman. Их научные труды способствовали развитию методов и

3

средств проектирования транспортных сетей в лесосырьевых базах и реализуются в современных системах автоматизации проектных работ. Анализ научных работ, специальной литературы позволил установить следующее: до настоящего времени не обоснованы требования к проложению временных лесовозных дорог на основе обеспечения энергоэффективности процесса вывозки лесоматериалов; при установлении положения лесовозного уса на лесосеке не учитывается изменение оптимального расстояния между погрузочными пунктами в зависимости от параметров размещения уса; известные аналитические зависимости, определяющие положение разворотных петель на лесовозном усе, установлены как функции расстояния между погрузочными пунктами и не применимы для случая размещения уса на лесосеке со смещением; в отраслевых нормативных документах и литературе нет рекомендации по назначению параметров разворотных петель на лесовозных усах в зависимости от используемого автомобильного подвижного состава и расчетной скорости движения.

Цель диссертационной работы: повысить эффективность вывозки лесоматериалов из лесосек автомобильным подвижным составом совершенствованием размещения временных лесовозных автомобильных дорог в лесосырьевых базах.

Задачи исследования:

- обосновать углы примыкания лесовозных усов к ветке в зависимости от параметров лесосеки и экономических показателей процессов вывозки и трелевки лесоматериалов;

- уточнить положение лесовозной ветки в зоне ее тяготения в зависимости от угла примыкания лесовозных усов;

- обосновать требования к примыканиям лесовозных автомобильных дорог в одном уровне под острым углом в зависимости от расчетных скоростей движения и условий торможения на примыкающей дороге;

- установить аналитические зависимости и разработать алгоритм оптимизации положения лесовозного на лесосеке в зависимости от угла его примыкания к ветке, изменения оптимального расстояния между погрузочными пунктами, различия затрат на трелевку лесоматериалов при основных и подготовительных работах;

- установить аналитические зависимости и разработать алгоритмы оптимизации размещения и параметров разворотных петель на лесовозном усе в зависимости от расстояний между погрузочными пунктами, эксплуатационных характеристик и параметров автомобильного подвижного состава.

Предмет и объекты исследования. Предметом исследования является функция затрат на вывозку лесоматериалов из лесосек от параметров размещения временных лесовозных автомобильных дорог в лесосырьевых базах. Объекты исследования - способы и схемы размещения временных лесовозных автомобильных дорог

в лесосырьевых базах.

Методологическая, теоретическая и эмпирическая база исследования.

При исследовании использовались методы: определения затрат, математического анализа, дифференциального и интегрального исчисления, теории движения и эксплуатационных свойств автотранспортных средств, моделирования на ЭВМ. При проведении расчетов использовались современные ЭВМ, применялось программное обеспечение: Excel, Delphi 7 Lite Full Edition 7.3.4.3, Visual Basic 6.0. Эффективность использования результатов исследования подтверждена их внедрением в производство.

Научные результаты, выносимые на защиту:

- аналитические зависимости для обоснования целесообразности проложения лесовозных усов к ветке в части ее зоны тяготения, расположенной со стороны границы лесосырьевой базы, под углом равным оптимальному углу примыкания ветки к магистрали; оптимального угла примыкания уса к ветке; оптимального смещения

4

ветки от равновесного положения в ее зоне тяготения, позволяющие установить параметры размещения временных лесовозных автомобильных дорог в лесосырьевых базах, обеспечивающие снижение затрат на вывозку лесоматериалов из лесосек;

- математическая модель движения лесовозных автопоездов на примыканиях лесовозных автомобильных дорог в одном уровне и алгоритм, реализующий ее позволяющие определить расстояния видимости примыкающей дороги и боковой видимости, дополнительное расстояние видимости, площадь зоны расчистки, которые необходимы для обеспечения безопасности движения;

- зависимости для определения оптимальных расстояний между погрузочными пунктами, целевая функция суммарных удельных затрат на вывозку лесоматериалов по ветке, трелевку и устройство погрузочных пунктов, алгоритм оптимизации параметров размещения лесовозного уса на лесосеке, позволяющие установить положение лесовозного уса на лесосеке, обеспечивающее снижение затрат на трелевку и вывозку лесоматериалов;

_ - аналитические зависимости и алгоритм оптимизации параметров разворотной петли лесовозного уса, позволяющие определить параметры разворотной петли обеспечивающие минимальные затраты на ее устройство, содержание и ликвидацию, безопасный разворот автопоездов в пределах лесосеки;

- целевая функция и алгоритм оптимизации параметров размещения разворотных петель на лесовозном усе, позволяющие организовать безопасный разворот автомобильного подвижного состава на лесосеке с минимальными затратами.

Научная новизна результатов исследования:

- получены аналитические зависимости для обоснования целесообразности проложения лесовозных усов к ветке в части ее зоны тяготения, расположенной со стороны границы лесосырьевой базы, под углом равным оптимальному углу примыкания ветки к магистрали; оптимального угла примыкания уса к ветке* оптимального смещения ветки от равновесного положения в ее зоне тяготения' отличающиеся учетом направлений грузопотоков по лесовозным дорогам;

- установлены закономерности изменения площади зоны расчистки и дополнительного расстояния видимости на примыканиях лесовозных автомобильных дорог в одном уровне, отличающиеся тем, что учитывают влияние угла примыкания допустимого угла обзора и условий торможения лесовозных автопоездов на временных лесовозных автомобильных дорогах;

- определены функции суммарных удельных затрат на устройство погрузочного пункта и трелевку лесоматериалов к этому погрузочному пункту; суммарных удельных затрат на вывозку лесоматериалов по ветке, трелевку и устройство погрузочных пунктов, отличающиеся учетом угла примыкания лесовозного уса к ветке положения уса на лесосеке, размещения трелевочных волоков, разной стоимости трелевки при подготовительных и основных работах;

- получены аналитические зависимости для оптимизации параметров разворотных петель лесовозных усов, отличающиеся тем, что учитывают параметры и эксплуатационные свойства лесовозного автомобильного подвижного состава требования безопасности движения; '

- выявлены закономерности изменения себестоимости вывозки лесоматериалов из лесосек и продолжительности рейсов автопоездов в зависимости от параметров размещения разворотных петель на лесовозном усе, отличающиеся учетом типа лесовозного автомобильного подвижного состава, конструкции покрытия разворотных петель и размещения погрузочных пунктов.

Значение для теории. Аналитические зависимости для обоснования целесообразности проложения лесовозных усов к ветке в части ее зоны тяготения расположенной со стороны границы лесосырьевой базы, под углом равным оптимальному углу примыкания ветки к магистрали; оптимального угла примыкания уса к ветке;

5

оптимального смещения ветки от равновесного положения в ее зоне тяготения; функции суммарных удельных затрат на устройство погрузочного пункта и трелевку лесоматериалов к этому погрузочному пункту; суммарных удельных затрат на вывозку лесоматериалов по ветке, трелевку и устройство погрузочных пунктов; закономерности изменения себестоимости вывозки лесоматериалов из лесосек и продолжительности рейсов автопоездов в зависимости от параметров размещения разворотных петель на лесовозном усе позволяют установить оптимальные параметры размещения временных лесовозных автомобильных дорог в лесосырьевых базах, обосновать оптимальную транспортную инфраструктуру внутри лесосеки для различных условий природно-производственной среды и дополняют теорию транспортного освоения лесосырьевых баз. Аналитические зависимости для определения тормозного пути лесовозных автопоездов на примыканиях лесовозных автомобильных дорог в одном уровне позволяют рассчитать расстояния видимости поверхности примыкающей дороги и боковой видимости, дополнительное расстояние видимости и дополняют теорию движения автотранспортных средств.

Значение для практики. Усовершенствованный способ транспортного освоения лесосырьевых баз позволяет снизить затраты на вывозку лесоматериалов из лесосек. Предложенные рекомендации по совершенствованию примыканий лесовозных автомобильных дорог в одном уровне обеспечивают безопасность движения лесовозных автопоездов без помех движению по главной дороге. Разработанные алгоритмы оптимизационных процедур и программы для ЭВМ позволяют в автоматизированном режиме установить оптимальные параметры размещения временных лесовозных автомобильных дорог в лесосырьевых базах, погрузочных пунктов и разворотных петель на лесовозных усах; рассчитать параметры обеспечения видимости на примыканиях лесовозных автомобильных дорог в одном уровне под острым углом; проектировать разворотные петли, что сокращает время на выполнение проектных работ и повышает достоверность принимаемых решений. Усовершенствованная конструкция сборно-разборного покрытия автомобильной дороги может использоваться для строительства разворотных петель и съездов примыканий лесовозных автомобильных дорог на грунтах со слабой несущей способностью.

Соответствие диссертации паспорту научной специальности. Полученные научные результаты соответствуют пункту 15 «Обоснование схем транспортного освоения лесосырьевых баз, поставки лесопродукции, выбора техники и способов строительства лесовозных дорог и инженерных сооружений» паспорта специальности 05.21.01 - Технология и машины лесозаготовок и лесного хозяйства.

Апробация и реализация результатов. Результаты диссертационной работы

докладывались и обсуждались:

- на научных конференциях профессорско-преподавательского состава кафедры промышленного транспорта, строительства и геодезии ФГБОУ ВПО «ВГЛТА» в 2010-2013 годах;

- на XIII международной молодежной научной конференции «Севергеоэкотех-2012» в ФГБОУ ВПО «Ухтинский государственный технический университет»;

- на научно-технической конференции преподавателей и сотрудников ФГБОУ ВПО «Ухтинский государственный технический университет» в 2012 г.;

- на десятой международной научно-технической конференции «Актуальные проблемы развития лесного комплекса» в ФГБОУ ВПО «Вологодский государственный технический университет» в 2012 г.

Результаты диссертационной работы внедрены в следующих организациях: ООО «Желдоризыскания» (г. Воронеж); ГУП СО «ЛХПО» (Свердловская область); ООО «ИнвестФорест» (Республика Марий Эл).

Результаты диссертационной работы используются в учебном процессе ФГБОУ ВПО «ВГЛТА» при подготовке инженеров по специальностям: 250401.65

6

«Лесоинженерное дело», 190702.65 «Организация и безопасность движения», бакалавров по направлениям подготовки: 250400.62 «Технология лесозаготовительных и деревоперерабатывающих производств», (профиль «Лесоинженерное дело») 190700.62 «Технология транспортных процессов» (профиль «Организация и безопасность движения»), ФГБОУ В ПО «Ухтинский государственный технический университет» при подготовке инженеров по специальности 250401.65 «Лесоинженерное дело», бакалавров по направлению подготовки 250400.62 «Технология лесозаготовительных и деревоперерабатывающих производств» (профиль «Лесоинженерное дело»).

Публикации. Результаты диссертационной работы опубликованы в 17 научных статьях, в том числе семь - в изданиях, включенных в перечень российских рецензируемых научных журналов, в которых должны быть опубликованы основные научные результаты диссертаций, восемь статей - без соавторов. По результатам диссертационной работы получены: четыре свидетельства о государственной регистрации программ для ЭВМ (одно без соавторов), патент на изобретение и патент на полезную модель.

Структура и объем диссертационной работы. Диссертация состоит из введения, пяти разделов, включающих 27 рисунков и 21 таблицу, заключения, списка использованных источников, включающего 120 наименований, семи приложений Объем диссертации 195 страниц.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность темы диссертации, отражена степень разработанности проблемы, представлены цель работы и задачи исследования, определены предмет и объекты, методологическая, теоретическая и эмпирическая база исследования, показаны научные результаты, выносимые на защиту, научная новизна результатов исследования, их значение для теории и практики, соответствие диссертации паспорту научной специальности, апробация и реализация результатов, их опубликованность, структура и объем диссертационной работы.

В первом разделе отражено состояние проблемы размещения лесовозных автомобильных дорог в лесосырьевых базах. Сети автомобильных дорог предприятий лесного комплекса формируются в зависимости от назначения предприятия, а также в силу объективных производственных, природных, социальных и других факторов, проблема их оптимального планирования окончательно не решена. Качественные и количественные показатели данных сетей определяют затраты на вывозку лесоматериалов, энергоэффективность лесовозного автомобильного транспорта и его воздействие на окружающую среду.

Во втором разделе обоснованы углы примыкания лесовозных усов к веткам и положение веток в их зонах тяготения, обеспечивающие снижение затрат на вывозку лесоматериалов из лесосек. Установлены значения площади лесосек Ал (в гектарах), при которых целесообразно в дальней части (с глубинной стороны лесосырье-вой базы) зоны тяготения лесовозной ветки усы прокладывать к ней под углом равным оптимальному углу примыкания ветки к магистрали a

А >_крукпСу (1 — sing)_

Л У л [¿>А cos« - кгуЬуксг, (l - sin а)] ' ^

где к,,у и крв - коэффициенты развития соответственно уса и ветки; к„ - коэффициент, учитывающий затраты на устройство погрузочных пунктов и разворотных петель; Су - удельная стоимость строительства, содержания и ликвидации уса, руб/км; у л ~ ликвидный запас древесины, м3/га; Ъв и Ьу - удельные стоимости вы-

возки лесоматериалов соответственно по ветке и усу, руб/(м3-км); кср - коэффициент, учитывающий долю среднего расстояния вывозки по усу от его длины.

Прокладка лесовозных усов к ветке в дальней части ее зоны тяготения под углом а обеспечивает снижение затрат на вывозку лесоматериалов из лесосек за счет сокращения пробега лесовозных автопоездов по ветке.

Оптимальный угол примыкания лесовозного уса к ветке а0, при котором обеспечиваются минимальные затраты на вывозку лесоматериалов по усу и ветке, строительство, содержание и ликвидацию уса определяется по формуле

(2)

cosan =-

*,Абл

-у + bykCpQjj)

кру {^пСу . „

где Qл - объем вывозки лесоматериалов по усу, м .

Определено оптимальное смещение лесовозной ветки от равновесного положения к пункту примыкания магистрали а (в километрах), обеспечивающее минимум затрат на вывозку лесоматериалов по лесовозным усам и магистрали

(3)

к к h

РУ CP У

-(l-sina)

и —-. :г

2sina(l + sinaJ

где dB - ширина зоны тяготения ветки, км; крм - коэффициент развития магистрали; Ъм - удельная стоимость вывозки древесины по магистрали, руб/(м -км).

Предложен способ транспортного освоения лесосырьевых баз (патент на изобретение № 2478748), предусматривающий проложение лесовозных веток в границах своих зон тяготения под оптимальным углом к магистрали и со смещением от равновесного положения к пункту примыкания магистрали а, определяемым по формуле (3), проложение усов в частях зон тяготения веток, расположенных с глубинной стороны осваиваемой лесосырьевой базы, к веткам под углом равным оптимальному углу примыкания ветки к магистрали а, проложение усов в частях зон тяготения веток, расположенных со стороны пункта примыкания магистрали, к веткам под прямым углом, обеспечивающий снижение энергоемкости вывозки лесоматериалов из лесосек.

Обоснованы требования к планировке примыканий лесовозных автомобильных дорог в одном уровне под острым углом (рисунок 1), обеспечивающие обзор главной дороги, необходимый для своевременной остановки автопоездов перед примыканием без создания помех движению по главной дороге.

•Jsí- ' 4

Рисунок 1 - Усовершенствованная схема примыкания в одном уровне

Дополнительное расстояние , необходимое для обеспечения допустимого угла обзора Р, определяется по формуле

_ 5ст8т(180в-а-р)

Тшр (4)

где Ббп - расстояние боковой видимости, м; - расстояние видимости поверхности примыкающей дороги, м.

Величина дополнительного расстояния уменьшается с возрастанием угла

примыкания а и при а —» 90° стремится к нулю. Площадь зоны расчистки А (в квадратных метрах) для обеспечения видимости на примыкании в одном уровне под углом а составляет

+ 0,5^)^«. (5)

В диссертации приведены аналитические зависимости для определения расстояний видимости Бвп и Бвп для примыканий в одном уровне лесовозных усов к ветке и ветки к магистрали, учитывающие режимы торможения лесовозных автопоездов на примыкающей дороге и расчетные скорости движения по примыкающей у„ и главной у,, дорогам. Разработаны алгоритм расчета параметров обеспечения видимости на примыкании в одном уровне и программа для ЭВМ (свидетельство № 2012618772), реализующая данный алгоритм. Результаты расчетов показывают, что площадь зоны расчистки возрастает при уменьшении угла примыкания до 70°, а при дальнейшем уменьшении угла примыкания она начинает снижаться.

В третьем разделе установлены аналитические зависимости для определения оптимальных расстояний между погрузочными пунктами в зависимости от угла примыкания уса к ветке. Рассмотрены схемы размещения трелевочных волоков на лесосеке при примыкании лесовозного уса к ветке под острым углом а, которые могут быть реализованы при трелевке лесоматериалов тракторами и валочно-треле-вочными машинами:

- магистральные волоки расположены вдоль лесовозного уса, пасечные волоки со стороны магистрали (в коротких пасеках) размещаются перпендикулярно усу, а пасечные волоки со стороны границы зоны тяготения магистрали (в длинных пасеках) размещаются под углом а к усу или параллельно направлению ветки;

- пасечные волоки расположены параллельно лесовозному усу, магистральный волок со стороны магистрали (в коротких пасеках) размещается перпендикулярно усу, а магистральный волок со стороны границы зоны тяготения магистрали (в длинных пасеках) размещаются под углом а к усу или параллельно направлению ветки.

Оптимальное расстояние между погрузочными пунктами /я определено по минимуму суммарных удельных затрат на устройство погрузочного пункта и трелевку лесоматериалов к этому погрузочному пункту. В результате получены следующие зависимости:

а) при размещении магистральных волоков вдоль лесовозного уса

/я =0,14

)азмещ

\г__п

/я =0,14

'/7/7

бш« + кшСт(д„БШа -аК)

б) при размещении пасечных волоков параллельно лесовозному усу

(6)

^П^ПВ^РП (аЯ + Ящ ) +

УлкрПа[Ьпв{(1п-з) + Ъп*]

•,1ш=кри\а9 + '1» (7)

где спп — затраты на устройство, содержание и ликвидацию погрузочного пункта, руб.; крм и кРП — коэффициенты удлинения соответственно магистрального и пасечного волока; Сш и Спв - удельные стоимости устройства и ликвидации соответственно магистрального и пасечного волока, руб/км; аа - протяженность магистрального волока за пределами пасеки, км; аК - расстояние от конца магистрального волока до границы пасеки, км; у л ~~~ ликвидный запас древесины, м3/га; Ьш и Ьпв - стоимости трелевки соответственно по магистральному и пасечному волоку при основных работах, руб/(м3-км); йп - ширина пасеки, км; 5 -расстояние от оси уса до бровки магистрального волока, км; Ьм и Ьп - стоимости трелевки соответственно по магистральному и пасечному волоку при подготовительных работах, руб/(м3-км); а - ширина зоны тяготения к пасечному волоку, км; ап - расстояние от конца пасечного волока до границы пасеки, км; зш - ширина магистрального волока, км; 1Ш - протяженность магистрального волока, км.

Оптимальное расстояние между погрузочными пунктами не зависимо от схемы размещения трелевочных волоков убывает с возрастанием ширины пасеки, причем при небольших значениях ширины пасеки (<1П = 100...200 м) убывание наиболее интенсивное (рисунок 2). Уменьшение ликвидного запаса древесины приводит к возрастанию расстояния между погрузочными пунктами. Влияние угла примыкания уса к ветке на расстояние между погрузочными пунктами не существенно. При угле примыкания 60° указанное расстояние больше всего на 2...3 м (при размещении магистрального волока вдоль уса) и 4...6 м (при размещении пасечных волоков вдоль уса), чем при угле примыкания 90°.

Смещение лесовозного уса от срединного положения к магистрали приводит к сокращению пробега автопоездов по участку ветки, проходящему вдоль границы короткой пасеки (со стороны магистрали), а следовательно затрат на перевозку лесоматериалов по ветке. Оптимальное положение лесовозного уса на лесосеке определяется минимизацией суммарных удельных затрат на трелевку лесоматериалов к усу и их перевозку по ветке вдоль границы лесосеки, устройство погрузочных пунктов г)тл (в рублях на кубический метр)

где гв — затраты на вывозку лесоматериалов по участку ветки вдоль границы лесосеки, руб.; р — количество пасек; спщ - затраты на устройство, содержание и ликвидацию погрузочного пункта в у'-й пасеке, руб.; 2КЩ и гпщ - затраты на устройство соответственно магистральных и пасечных трелевочных волоков и на трелевку древесины по ним в у-й пасеке, руб.; ()л - объем вывозки древесины из лесосеки, м3.

Положение лесовозного уса определяет величину ширины пасеки с1п, от которой зависит расстояние между погрузочными пунктами (рисунок 2), а следовательно установление оптимального положения уса на лесосеке и оптимальных расстояний между погрузочными пунктами представляет собой единую задачу. Для решения указанной задачи разработаны алгоритм и программа для ЭВМ (свидетельство № 2011619336). Результатом вычислительной процедуры являются значения параметров размещения лесовозного уса на лесосеке и погрузочных пунктов: С1ПИ, йпг,

-утв

> ГШ Г]

(8)

а

'ял/ > 'пг > ПРИ которых суммарные удельные затраты на вывозку лесоматериалов по ветке, трелевку и устройство погрузочных пунктов гутд минимальные из всех рассмотренных вариантов с разными значениями варьируемого параметра с1пш и варианта с размещением уса по краю лесосеки при котором (1ПМ =0 и 1ПМ = 0.

Результаты реализации программы оптимизации параметров размещения лесовозного уса и погрузочных пунктов на лесосеке показывают, что данные параметры зависят от ширины лесосеки, причем при ширине лесосеки 0,3 км и менее ус следует размещать по краю лесосеки. В широких лесосеках (ширина лесосеки более 0,3 км) ус располагается по середине лесосеки со смещением в сторону магистрали примерно на 8... 10 % от ширины лесосеки. Расстояния между погрузочными пунктами, расположенными по разные стороны от уса, отличаются на 16...18%.

В четвертом разделе обоснованы параметры разворотной петли для обеспечения разворота лесовозных автопоездов на лесовозном усе. Установлено, что все параметры разворотной петли являются функцией трех аргументов: угла съезда в, радиусов петли г и кривой съезда Я.

Исследования тяговых свойств лесовозных автопоездов при движении по разворотной петле показали, что лесовозный автопоезд, состоящий из полноприводного тягача и прицепа-роспуска, при условии перевозки прицепа-роспуска на шасси тягача обладает достаточными тяговыми возможностями при коэффи-

100 150 200 250 300 350 i 00 d м 1 -Ул= 200 м3/га; 2 - ул =100 м /га Рисунок 2 - Графики зависимости оптимального расстояния между погрузочными пунктами от глубины пасеки при размещении магистрального волока вдоль уса

циенте сцепления 0,25 и более и коэффициенте поперечной силы 0,2 и менее. Седельный автопоезд с неполноприводным тягачом имеет достаточные тяговые возможности при коэффициенте сцепления 0,30...0,35 и коэффициенте поперечной силы не более 0,15, при коэффициенте поперечной силы больше 0,15 для данного автопоезда надо обеспечить коэффициент сцепления 0,35 и более. Сортиментовоз, состоящий из неполноприводного автомобиля и прицепа, имеет ограниченные тяговые возможности по причине малой сцепной массы (36 % от снаряженной массы) и требует обеспечить значение коэффициента сцепления не менее 0,35 при коэффициенте поперечной силы 0,1, а при больших значениях коэффициента поперечной силы коэффициент сцепления должен быть 0,4 и более.

Исследования тормозных качеств лесовозных автопоездов при движении по разворотной петле показали, что при всех скоростях движения в диапазоне изменения коэффициента сопротивления качению 0,03...0,05 минимальный коэффициент тормозной силы составляет менее 0,15, а значит, необходимые тормозные качества автопоездов обеспечиваются при коэффициенте сцепления 0,25 и более и коэффициенте поперечной силы 0,2 и менее. Это обуславливается тем, что

кривая малого радиуса, характерная для разворотной петли, создает значительное сопротивление движению, которое совместно с сопротивлением качению, имеющим достаточно высокое значение для покрытий лесовозных усов, способствует остановке транспортного средства. Таким образом, радиус разворотной петли следует обосновывать из условия обеспечения требуемых тяговых возможностей автопоезда в заданных дорожных условиях.

Оптимальные параметры разворотной петли соответствуют минимальной площади ее покрытия АПРП (в квадратных метрах)

Апт ~ ПКК {К + А*- )+ 'с"о +

+2£„ет, (¿0+0,5Д„) + К„(Л0+Л„) + /Д + 10КАК + 1оп А „, где Ьпкк и ЬПК!1 - длины переходных кривых соответственно для кривой съезда и петли, м; Ь0 - ширина проезжей части лесовозного уса, м; Ак и Ап — уширения проезжей части соответственно на кривой съезда и на петле, м; Кк и Кп - длины основной кривой соответственно съезда и петли, м; 1С - длина прямой вставки съезда, м; 1Р - протяженность уса в пределах разворотной петли, м; 1ок и 1оп — длины отгонов уширения проезжей части соответственно для кривой съезда и петли, м.

Условия движения по разворотной петле и ее стоимость определяются материалом и конструкцией покрытия. Предложено усовершенствованное сборно-разборное покрытие с пневматическими стыковыми соединениями (патент на полезную модель № 114687), которое можно использовать для устройства покрытий разворотных петель и съездов примыканий лесовозных автомобильных дорог.

Разработаны алгоритм оптимизации параметров разворотной петли и программа для ЭВМ (свидетельство № 2012618012), реализующая данную процедуру, позволяющие в автоматизированном режиме установить параметры разворотной петли, обеспечивающие требуемые условия безопасного движения лесовозных автопоездов и минимальные затраты на строительство, содержание и ликвидацию разворотной петли.

Обоснована целевая функция оптимизации размещения разворотных петель на лесовозном усе

гс-ушт, (Ю)

Яш-

где гд — повышение себестоимости вывозки древесины за счет устройства разворотной петли, руб/м3; гдпс - дополнительные затраты на эксплуатацию и восстановление подвижного состава, руб.; спр - стоимость устройства, содержания и ликвидации разворотной петли, руб.; дПР - объем вывозки лесоматериалов из зоны тяготения разворотной петли, м3.

Разработаны алгоритмы оптимизации размещения разворотных петель на лесовозном усе и программа для ЭВМ (свидетельство № 2012611501), реализующая вычислительную процедуру расчета величины повышения себестоимости вывозки лесоматериалов с выбором ее минимального значения, позволяющие за короткое время установить положение разворотных петель для лесосек с различными природными и технологическими характеристиками с учетом возможного изменения конструкции покрытия по протяженности лесовозного уса.

Анализ результатов оптимизации размещения разворотных петель на лесовозном усе показывает, что увеличение стоимости и параметров разворотной петли приводит к возрастанию суммарных удельных затрат на ее устройство, содержание и ликвидацию, и на дополнительный пробег автопоездов без груза. Таким образом,

резервом снижения себестоимости вывозки лесоматериалов из лесосек является разработка дешевых покрытий временных лесовозных дорог с высокими эксплуатационными качествами.

В пятом разделе приведены методика и результаты оценки эффективности совершенствования размещения временных лесовозных автомобильных дорог в ле-сосырьевых базах. Установлено, что величина годового экономического эффекта, получаемого от совершенствования размещения временных лесовозных автомобильных дорог в лесосырьевой базе конкретного лесозаготовительного предприятия, возрастает пропорционально объему заготовки древесины и средневзвешенному расстоянию вывозки лесоматериалов по лесовозным усам.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

1 Анализ работ, посвященных размещению лесовозных автомобильных дорог в лесосырьевых базах, лесовозных усов и погрузочных пунктов в лесосеках, разворотных петель на лесовозных усах показал, что поиск оптимальных параметров, определяющих положение лесовозных веток и усов, расстояний между погрузочными пунктами и разворотными петлями, обеспечивающих минимальные затраты на вывозку лесоматериалов из лесосек, представляет собой единую комплексную задачу, при решении которой должны учитываться все особенности лесосечных работ и лесовозного автомобильного транспорта, стоимостные показатели лесовозного уса, трелевки и вывозки лесоматериалов.

2 Установлены площади лесосек и стоимостные показатели лесовозных усов и вывозки лесоматериалов по ветке, при которых в части зоны тяготения лесовозной ветки, расположенной со стороны границы лесосырьевой базы, лесовозные усы следует размещать таким образом, чтобы они примыкали к ветке под углами равными оптимальному углу примыкания ветки к магистрали. Это сокращает пробег лесовозных автопоездов по ветке и позволяет снизить затраты на вывозку лесоматериалов из лесосек.

3 Снижение затрат на вывозку лесоматериалов из лесосек обеспечивается примыканием лесовозных усов к ветке в части ее зоны тяготения, расположенной со стороны пункта примыкания лесовозной магистрали, под оптимальным углом, определяемым минимизацией суммарных затрат на вывозку лесоматериалов по усу и ветке. Величина оптимального угла примыкания лесовозного уса к ветке зависит от объема вывозки лесоматериалов по усу, при малых объемах (до 2 ООО м3) данный угол близок к прямому, с увеличением объема вывозки по усу этот угол уменьшается до 64° и приближается к значению оптимального угла примыкания лесовозной ветки к магистрали.

4 Предложен способ транспортного освоения лесосырьевых баз, обеспечивающий снижение энергозатрат на вывозку лесоматериалов из лесосек, заключающийся в следующем. Прокладывают магистраль от пункта ее примыкания в осваиваемую лесосырьевую базу. Ветки прокладывают в границах своих зон тяготения под оптимальным углом к магистрали и со смещением от равновесного положения к пункту примыкания магистрали, определяемым минимизацией суммарных затрат на вывозку лесоматериалов по усам и магистрали. Усы в частях зон тяготения веток, расположенных с глубинной стороны осваиваемой лесосырьевой базы, прокладывают к веткам под углом равным оптимальному углу примыкания ветки к магистрали, а усы в частях зон тяготения веток, расположенных со стороны пункта примыкания магистрали, прокладывают к веткам под прямым углом или оптимальным углом, определяемым минимизацией суммарных затрат на вывозку лесоматериалов по усу и ветке. Данный способ транспортного освоения лесосырьевых баз может быть реализован при схемах транспортного освоения лесосырьевых баз: глубинной, с последовательным продвижением в лес, при схемах размещения путей в лесосырьевых

базах: вильчатой, в елочку, комбинированной, с двумя расходящимися магистралями.

5 Улучшить условия видимости на примыканиях лесовозных автомобильных дорог в одном уровне позволяет использование дополнительного расстояния видимости поверхности примыкающей дороги, рассчитанного в зависимости от угла примыкания, допустимого угла обзора, условий и режимов движения лесовозных автопоездов на участках подхода к примыканию. Реализация данного мероприятия требует увеличения площади расчистки для обеспечения видимости на величину, зависящую от угла примыкания, расстояний видимости поверхности дороги и боковой видимости, составляющую для примыканий лесовозных усов к веткам до 20 % от площади расчистки при условии примыкания под прямым углом. Для примыканий под острым углом лесовозных веток к магистрали площадь расчистки такая же, как и для примыканий под прямым утлом, что объясняется увеличением площади расчистки с увеличением угла примыкания до 90° и малым значением дополнительного расстояния видимости по сравнению с основным расстоянием видимости поверхности примыкающей дороги.

6 Расстояния между погрузочными пунктами зависят от положения лесовозного уса на лесосеке, поэтому установление оптимального положения уса и оптимальных расстояний между погрузочными пунктами представляет собой единую задачу, которая решается разработанным алгоритмом оптимизации параметров размещения лесовозного уса на лесосеке. Указанный алгоритм дополняет математическое обеспечение автоматизированной системы технологической подготовки лесозаготовительных производств, использование результатов реализации алгоритма при планировке транспортной инфраструктуры внутри лесосеки позволяет снизить затраты на вывозку лесоматериалов.

7 Параметры размещения лесовозного уса и погрузочных пунктов на лесосеке зависят от ее ширины, при ширине лесосеки 0,3 км и менее ус следует размещать по краю лесосеки. В широких лесосеках (ширина лесосеки более 0,3 км) ус располагается по середине лесосеки со смещением в сторону магистрали примерно на 8... 10 % от ширины лесосеки, при этом расстояния между погрузочными пунктами, расположенными по разные стороны от уса, отличаются на 16... 18 %.

8 Суммарные удельные затраты на устройство, содержание и ликвидацию разворотной петли, и на дополнительный пробег автопоездов без груза, зависят от количества погрузочных пунктов, расположенных в зоне тяготения разворотной петли, расстояний между погрузочными пунктами и объемов вывозки лесоматериалов из них.

9 Разработанные алгоритмы оптимизации параметров и размещения разворотных петель на лесовозном усе и программы их реализующие позволяют для конкретного типа подвижного состава обосновать параметры разворотной петли и установить положение разворотных петель, обеспечивающие минимальные затраты на устройство, содержание и ликвидацию разворотных петель и дополнительный пробег порожнего подвижного состава по усу, и безопасность разворота подвижного состава на лесосеке.

10 Совершенствование размещения временных лесовозных автомобильных дорог в лесосырьевых базах позволяет снизить себестоимость вывозки лесоматериалов из лесосек за счет сокращения пробега лесовозных автопоездов по лесовозным веткам и магистрали, оптимального размещения лесовозных усов, погрузочных пунктов и разворотных петель в лесосеках.

11 Получаемый экономический эффект от внедрения усовершенствованного способа транспортного освоения лесосырьевых баз возрастает пропорционально объему вывозки лесоматериалов из лесосек и средневзвешенному расстоянию вывозки лесоматериалов по лесовозным усам, указанный способ целесообразно ис-

пользовать в лесозаготовительных предприятиях, осуществляющих разработку лесосек с запасом древесины 8 ООО м3 и более.

СПИСОК ПУБЛИКАЦИЙ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ Публикации в изданиях, включенных в перечень российских рецензируемых научных журналов

1 Афоничев, Д. Н. Обоснование углов примыкания лесовозных усов к веткам / Д. Н. Афоничев, П. С. Рыбников // Научный журнал КубГАУ [Электронный ресурс]. - 2012. -№ 03(77). - 11 с. - Режим доступа: http//ej.kubagro.ru/2012/03/pdf/13.pdf.

2 Рыбников, П. С. Потери времени лесовозными автопоездами на развороты в пределах лесосек [Текст] / П. С. Рыбников // Вестник МГУЛа - Лесной вестник. - 2012 -№2.-С. 116-120.

3 Рыбников, П. С. Оптимальное размещение погрузочных пунктов вдоль лесовозного уса [Текст] / П. С. Рыбников // Ученые записки ПетрГУ. - 2012. - № 4. - С. 102-106.

4 Рыбников, П. С. Обеспечение видимости на примыканиях лесовозных автомобильных дорог [Текст] / П. С. Рыбников // Лесотехнический журнал / ВГЛТА. - 2012 -№ 3. - С. 70-80.

5 Афоничев, Д. Н. Совершенствование транспортного освоения лесосырьевых баз [Текст] / Д. Н. Афоничев, П. С. Рыбников, В. А. Морковин // Лесотехнический журнал / ВГЛТА. - 2012. -№ 4. - С. 79-88.

6 Афоничев, Д. Н. Размещение разворотных петель на лесовозном усе [Текст] / Д. Н. Афоничев, П. С. Рыбников // ИВУЗ «Лесной журнал». - 2012. - № 6. - С. 72-79.

7 Афоничев, Д. Н. Оптимизация в системе автоматизированного проектирования параметров размещения лесовозных усов и погрузочных пунктов на лесосеках [Текст] / Д. Н. Афоничев, П. С. Рыбников // Вестник МГУЛа - Лесной вестник. - 2013. - №3 -С. 150-153.

Публикации в научных журналах, сборниках научных трудов и материалах конференций

8 Афоничев, Д. Н. Обоснование потребности в подвижном составе при календарном планировании автомобильной вывозки древесины из лесосек [Текст] / Д. Н. Афоничев, П. С. Рыбников // Лес. Наука. Молодежь - 2009: Матер, по итогам научн.-исслед. раб. молодых ученых ВГЛТА за 2008-2009 годы. В 2-х т. Т. 2 / ВГЛТА. - Воронеж, 2009 - С 913.

9 Афоничев, Д. Н. Размещение погрузочных пунктов вдоль лесовозного уса / Д. Н. Афоничев, А. В. Пядухов, П. С. Рыбников // Перспективные технологии, транспортные средства и оборудование при производстве, эксплуатации, сервисе и ремонте: Межвуз сб науч. тр. I ВГЛТА. - Воронеж, 2010. - Вып. 5. - С. 84-87.

10 Рыбников, П. С. Размещение временных автомобильных дорог в лесосеках [Текст] / П. С. Рыбников II Лесотехнический журнал / ВГЛТА. - 2011. - № 3. - С. 88-98.

11 Афоничев, Д. Н. Оптимизация размещения транспортной инфраструктуры внутри лесосеки [Текст] / Д. Н. Афоничев, П. С. Рыбников // Сборник научных трудов: матер, на-учно-техн. конф. в 3-х ч. Ч. 2 / УГТУ. - Ухта, 2012. - С. 180-185.

12 Афоничев, Д. Н. Формирование проектных решений в автоматизированной системе проектирования объектов лесопромышленного комплекса [Текст] / Д. Н. Афоничев, П. С. Рыбников // Моделирование систем и процессов / ВГЛТА, НИИЭТ. - Воронеж 2012' -Вып. 4.-С. 16-19.

13 Рыбников, П. С. Совершенствование размещения лесовозных веток и усов в лесосырьевых базах [Текст] / П.С. Рыбников // XIII Международная молодежная научная конференция «Севергеоэкотех-2012»: матер, конф. в 6 ч. - Ч. 2. - Ухта: УГТУ, 2013. - С 252256.

14 Рыбников, П. С. Обоснование параметров разворотной петли / П. С. Рыбников, В. В. Васильев, Д. Н. Афоничев // Воронежский научно-технический вестник [Электронный ресурс]. - 2013. - № 1 (3). - С. 79-90. - Режим доступа: http://vestnikvglta.ucoz.ru.

15 Рыбников, П. С. Совершенствование размещения временных лесовозных автомобильных дорог в лесосырьевых базах [Текст] / П. С. Рыбников // Актуальные проблемы развития лесного комплекса: матер, междунар. научн.-практ. конф. - Вологда: ВоГТУ 2013.-С. 77-79.

16 Рыбников, П. С. Анализ условий движения лесовозных автопоездов по разворотной петле / П. С. Рыбников // Воронежский научно-технический вестник [Электронный ресурс]. - 2013. - № 2(4). - С. 39-52. - Режим доступа: http://vestnikvglta.ucoz.ru.

Депонированная рукопись

17 Рыбников, П. С. Дифференцированный расчет себестоимости автомобильной вывозки древесины [Текст] / П. С. Рыбников; ВГЛТА. - Воронеж, 2011. - 20 с. - Деп. в ВИНИТИ 20.07.2011, № 352-В2011.

Патенты

18 Патент на полезную модель № 114687 РФ. МПК В01С 9/08. Сборно-разборное покрытие автомобильной дороги [Текст] / Д. Н. Афоничев, П. С. Рыбников, В. А. Морковин; заявитель и патентообладатель ФГБОУ ВПО «ВГЛТА». - № 2011145702/03; заявл. 10.11.2011, опубл. 10.04.2012, бюл. № 10.

19 Патент на изобретение № 2478748 РФ. МПК В01С 1/00. Способ транспортного освоения лесосырьевых баз [Текст] / Д. Н. Афоничев, П. С. Рыбников, В. А. Морковин; заявитель и патентообладатель ФГБОУ ВПО «ВГЛТА». - № 2011142340/03; заявл. 19.10.2011, опубл. 10.04.2013, бюл. № ю.

Свидетельства о государственной регистрации программ для ЭВМ

20 Свидетельство о государственной регистрации программы для ЭВМ № 2011619336. Программа оптимизации параметров размещения лесовозного уса и погрузочных пунктов на лесосеке / Д. Н. Афоничев, П. С. Рыбников, С. Ю. Кузнецов; заявитель и правообладатель ФГБОУ ВПО «ВГЛТА». - Заявл. 12.10.2011, зарегистрировано

07.12.2011. „

21 Свидетельство о государственной регистрации программы для ^вм № 2012611501. Программа оптимизации параметров размещения разворотных петель на лесовозном усе / П. С. Рыбников, Д. Н. Афоничев, С. Ю. Кузнецов; заявитель и правообладатель ФГБОУ ВПО «ВГЛТА». - Заявл. 13.12.2011, зарегистрировано 09.02.2012.

22 Свидетельство о государственной регистрации программы для ЭВМ № 2012618012. Программа оптимизации параметров разворотной петли / П. С. Рыбников, В. В. Васильев, Д. Н. Афоничев; заявитель и правообладатель ФГБОУ ВПО «ВГЛТА». -Заявл. 18.07.2012, зарегистрировано 06.09.2012.

23 Свидетельство о государственной регистрации программы для ЭВМ № 2012618772. Программа расчета параметров зоны видимости на примыкании автомобильной дороги в одном уровне под острым углом / П. С. Рыбников; заявитель и правообладатель ФГБОУ ВПО «ВГЛТА». - Заявл. 06.08.2012, зарегистрировано 26.09.2012.

Просим принять участие в работе диссертационного совета Д 212.034.02 или выслать Ваш отзыв на автореферат в двух экземплярах с заверенными подписями по адресу: 394087, г. Воронеж, ул. Тимирязева, д. 8, учёному секретарю. Телефон (473) 253-67-00, факс (473) 253-67-02.

Рыбников Павел Сергеевич

СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ РАЗМЕЩЕНИЯ ВРЕМЕННЫХ ЛЕСОВОЗНЫХ АВТОМОБИЛЬНЫХ ДОРОГ

В ЛЕСОСЫРЬЕВЫХ БАЗАХ

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Подписано к печати Формат 60х 90,1/16. Объем 1 пл. Тираж 100 экз. Заказ № 347 Отпечатано в УОП ФГБОУ ВПО «ВГЛТА». 394087, г. Воронеж, ул. Докучаева, 10.

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Воронежская государственная лесотехническая академия»

0420136335 4 Рыбников Павел Сергеевич

СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ РАЗМЕЩЕНИЯ ВРЕМЕННЫХ ЛЕСОВОЗНЫХ АВТОМОБИЛЬНЫХ ДОРОГ В ЛЕСОСЫРЬЕВЫХ БАЗАХ

05.21.01 - Технология и машины лесозаготовок и лесного хозяйства

Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук

На правах рукописи

Научный руководитель,

доктор технических наук, профессор

Сушков Сергей Иванович

Воронеж - 2013

СОДЕРЖАНИЕ

Введение..........................................................................................7

1 Состояние проблемы размещения лесовозных автомобильных дорог

в лесосырьевых базах......................................................................15

1.1 Сети автомобильных дорог и их значение для лесного комплекса..........15

1.1.1 Функции автомобильных дорог в производственных процессах

предприятий лесног о комплекса.............................................15

1.1.2 Принципы формирования сетей автомобильных дорог..................16

1.1.3 Принципы формирования транспортных сетей предприятий лесного

комплекса.........................................................................19

1.2 Теоретические основы размещения лесовозных магистралей и веток

в лесосырьевых базах..................................................................24

1.2.1 Установление направления лесовозной магистрали.....................24

1.2.2 Размещение лесовозных веток................................................26

1.2.3 Особенности освоения лесосырьевых баз с использованием автомобильных дорог общего пользования.................................29

1.3 Размещение объектов транспортной инфраструктуры внутри лесосек.....30

1.3.1 Размещение лесовозных усов и обоснование их протяженности......30

1.3.2 Определение расстояния между погрузочными пунктами...............37

1.3.3 Размещение разворотных петель и обоснование их параметров.......38

1.4 Выводы, цель и задачи исследований..............................................42

2 Совершенствование размещения лесовозных усов и веток

в лесосырьевых базах......................................................................46

2.1 Обоснование угла примыкания лесовозного уса к ветке.......................46

2.1.1 Влияние размещения временных дорог на направления грузопотоков...............................................................................................46

2.1.2 Оценка целесообразности примыкания уса к ветке под углом равным оптимальному углу примыкания ветки к магистрали...........48

2.1.3 Оптимизация угла примыкания уса к ветке.................................52

2.2 Повышение энергоэффективности процесса вывозки лесоматериалов

из лесосек автомобильным подвижным составом................................54

2.2.1 Совершенствование способа транспортного освоения лесосырьевых баз.................................................................54

2.2.2 Определение смещения ветки в зависимости от угла примыкания уса...................................................................55

2.2.3 Оценка энергоэффективности процесса вывозки лесоматериалов....59

2.3 Обеспечение видимости на примыканиях лесовозных автомобильных дорог в одном уровне..................................................................61

2.3.1 Требования к обеспечению видимости на примыканиях лесовозных автомобильных дорог.............................................61

2.3.2 Оценка продолжительности торможения и тормозного пути автопоезда по лесовозному усу................................................64

2.3.3 Оценка продолжительности торможения и тормозного пути автопоезда по ветке...............................................................66

2.3.4 Влияние угла примыкания на затраты по обеспечению безопасности движения..........................................................70

2.3.5 Алгоритм расчета параметров обеспечения видимости

на примыкании в одном уровне................................................78

2.3.6 Параметры обеспечения видимости на примыканиях лесовозных автомобильных дорог............................................................80

2.4 Выводы....................................................................................81

3 Оптимизация расстояний между погрузочными пунктами и положения

лесовозного уса на лесосеке с учетом его угла примыкания к ветке............84

3.1 Оптимизация расстояний между погрузочными пунктами...................84

3.1.1 Обоснование схем размещения трелевочных волоков...................84

3.1.2 Анализ целевой функции.......................................................86

3.1.3 Оптимальное расстояние между погрузочными пунктами

при размещении магистрального волока вдоль уса........................88

3.1.4 Оптимальное расстояние между погрузочными пунктами

при размещении пасечных волоков вдоль уса..............................93

3.2 Оптимизация положения лесовозного уса на лесосеке.........................96

3.2.1 Определение суммарных удельных затрат на вывозку лесоматериалов по ветке, трелевку и устройство

погрузочных пунктов.............................................................96

3.2.2 Алгоритм оптимизации параметров размещения лесовозного уса

на лесосеке........................................................................100

3.2.3 Особенности оптимизации положения лесовозного уса

при размещении вдоль него магистрального волока.....................102

3.2.4 Особенности оптимизации положения лесовозного уса

при размещении вдоль него пасечных волоков...........................103

3.2.5 Анализ результатов оптимизации положения лесовозного уса

на лесосеке........................................................................104

3.3 Выводы..................................................................................106

4 Обоснование параметров разворотных петель лесовозных усов...............108

4.1 Обоснование радиусов петли и кривой съезда.................................108

4.1.1 Элементы и параметры разворотной петли................................108

4.1.2 Влияние радиуса петли на тяговые и тормозные свойства подвижного состава.............................................................1 10

4.1.3 Влияние радиуса петли на уширение проезжей части..................1 16

4.2 Определение параметров разворотной петли...................................119

4.2.1 Влияние радиусов петли и кривой съезда на параметры разворотной петли...............................................................119

4.2.2 Алгоритм оптимизации параметров разворотной петли...............123

4.2.3 Анализ результатов оптимизации параметров разворотной петли... 127

4.3 Влияние положения разворотных петель на эффективность работы лесовозных автопоездов..............................................................129

4.3.1 Затраты на дополнительный пробег автопоездов

по лесовозному усу..................................................................................129

4.3.2 Затраты времени автопоездами на совершение разворота

в пределах лесосек...............................................................133

4.4 Оптимизация размещения разворотных петель на лесовозном усе.........136

4.4.1 Обоснование целевой функции..............................................136

4.4.2 Определение координат положения разворотных петель..............138

4.4.3 Алгоритмы оптимизации размещения разворотных нетель

на лесовозном усе................................................................140

4.4.4 Анализ результатов оптимизации положения разворотных петель

на лесовозном усе................................................................147

4.5 Выводы..................................................................................149

5 Оценка эффективности совершенс твования размещения временных

лесовозных автомобильных дорог в лесосырьевых базах........................153

5.1 Экономический эффект от изменения угла примыкания

лесовозных усов к ветке..............................................................153

5.2 Влияние параметров размещения погрузочных пунктов и разворотных петель на величину экономического эффекта...................................157

5.3 Экономический эффект от смещения лесовозной ветки

по направлению лесного грузопотока.............................................159

5.4 Экономический эффект от смещения лесовозного уса в сторону магистрали..............................................................................161

5.5 Экономический эффект от совершенствования размещения временных лесовозных автомобильных дорог в лесосырьевых базах.....................162

5.6 Выводы..................................................................................164

Заключение....................................................................................166

Список использованных источников....................................................170

Приложение А................................................................................184

Приложение Б................................................................................185

Приложение В................................................................................186

Приложение Г................................................................................187

Приложение Д................................................................................189

Приложение Е................................................................................191

Приложение Ж...............................................................................193

ВВЕДЕНИЕ

Актуальность чсмм. Заготовка древесины предполагает строительство временных дорог в отдельные учааки лесосырьевых баз и в лесосеки, данные дороги обеспечивают доступ транспортных средств к осваиваемым участкам лесного фонда и направляют потоки лесоматериалов к лесовозным магистралям и путям транспорта общего пользования. В настоящее время ведущим и перспективным видом транспорта лесоматериалов является автомобильный, эффективная эксплуатация которого требует прокладку в лесосырьевые базы постоянных и временных лесовозных автомобильных дорог. Объемы строительства временных автомобильных дорог определяются объемом заготовки древесины, природными особенностями лесосырьевой базы, размерами лесосек. Увеличение объемов заготовки древесины, сокращение площади и ширины лесосек приводят к значительному возрастанию объемов строительства временных лесовозных автомобильных дорог и повышению себестоимости вывозки лесоматериалов.

Параметры размещения временных лесовозных автомобильных дорог в лесосырьевых базах и конкретных лесосеках определяют затраты на вывозку лесоматериалов из лесосек, а следовательно, оп тимизация данных параметров с учетом природно-производственных особенностей, требований по ограничению площади и ширины лесосек является резервом повышения эффективности лесовозного автомобильного транспорта. К сожалению, опыт показывает, что применяемые принципы и схемы размещения временных лесовозных автомобильных дорог в лесосырьевых базах имеют недостатки, приводящие к увеличению затрач на вывозку лесоматериалов. Существующие аналитические зависимости и оптимизационные алгоритмы, определяющие ширину зоны тяготения к лесовозным веткам, положение и протяженность лесовозного уса в пределах лесосеки, не учитывают возможное!ь примыкания уса к ветке под углом отличным оч прямого, зависимость оптимального расстояния между погрузочными пунктами от угла примыкания уса к ветке и положения уса на лесосеке,

что не позволяет специалистам, осуществляющим руководство строительством лесовозных автомобильных дорог и вывозкой лесоматериалов, оперативно принимать грамотные решения по размещению временных путей, погрузочных пунктов, разворотных петель.

Освоение удаленных от путей транспорта лесных массивов, содержащих качественную древесину, требует с'фоительава новых лесовозных автомобильных дорог, и в том числе временных. Оптимальное размещение временных лесовозных автомобильных дорог в осваиваемых лесосырьевых базах позволит снизить себестоимость заготовки древесины и повысить эффективность лесозаготовительных производств, а потребители древесины получат качественное сырье по приемлемым ценам. Следовательно, тема диссертационной работы актуальна в современных условиях.

Диссертационная работа выполнена в рамках госбюджетной научно-исследовательской рабо1ы кафедры промышленного транспорта, строительства и геодезии Федерального государственного бюджетного образовательного учреждения высшего профессионального образования «Воронежская государственная лесотехническая академия» (ФГБОУ ВПО «ВГЛТА») по теме «Разработка энергосберегающих и экологически перспективных технологий транспорт леса» (номер государственной регистрации 01201168746).

Стенень разработанности проблемы. Совершенствованием теории и способов транспортного освоения лесосырьевых баз занимались отечественные и зарубежные ученые: Д. А. Попов, Б. А. Ильин, Н. А. Тюрин, H. М. Невесский,

A. А. Ранцев, Б. И. Кувалдин, В. К. Курьянов, Г. А. Борисов, И. Р. Шегельман,

B. М. Заложных, В. Я. Ларионов, Д. И. Афоничев, И. И. Леонович, Н. П. Вырко, D. Mattews, G. Larsson, J. Tan, J. Rowman. Их научные труды способствовали развитию методов и средств проектирования транспортных сетей в лесосырьевых базах и реализуются в современных системах автоматизации проектных работ. Анализ научных работ, специальной литературы позволил установить следующее: до настоящего времени не обоснованы требования к проложению временных лесовозных дорог на основе обеспечения энергоэффективности

процесса вывозки лесоматериалов; при установлении положения лесовозного уса на лесосеке не учитывается изменение оптимального расстояния между погрузочными пунктами в зависимости от параметров размещения уса; известные аналитические зависимости, определяющие положение разворотных петель на лесовозном усе, установлены как функции расстояния между погрузочными пунктами и не применимы для случая размещения уса на лесосеке со смещением; в отраслевых нормативных документах и литературе нет рекомендаций по назначению параметров разворотных петель на лесовозных усах в зависимости от используемого автомобильного подвижного состава и расчетной скорости движения.

Цель диссертационной работы: повысить эффективность вывозки лесоматериалов из лесосек автомобильным подвижным составом совершенствованием размещения временных лесовозных автомобильных дорог в лесосырье-вых базах.

Задачи исследования:

- обосновать углы примыкания лесовозных усов к ветке в зависимости от параметров лесосеки и экономических показателей процессов вывозки и трелевки лесоматериалов;

- уточнить положение лесовозной ветки в зоне ее тяготения в зависимости от угла примыкания лесовозных усов;

- обосновать требования к примыканиям лесовозных автомобильных дорог в одном уровне под острым углом в зависимости от расчетных скоростей движения и условий торможения на примыкающей дороге;

- установить аналитические зависимости и разработать алгоритм оптимизации положения лесовозного на лесосеке в зависимости от угла его примыкания к ветке, изменения оптимального расстояния между погрузочными пунктами, различия затрат на трелевку лесоматериалов при основных и подготовительных работах;

- установить аналитические зависимости и разработать алгоритмы оптимизации размещения и параметров разворотных петель на лесовозном усе в за-

висимости от расстояний между погрузочными пунктами, эксплуатационных характеристик и параметров автомобильного подвижного состава.

Предмет и объекты исследовании. Предметом исследования является функция затрат на вывозку лесоматериалов из лесосск от параметров размещения временных лесовозных автомобильных дорог в лесосырьевых базах. Объекты исследования - способы и схемы размещения временных лесовозных автомобильных дорог в лесосырьевых базах.

Методологическая, теоретическая и эмпирическая база исследования. При исследовании использовались методы: определения затрат, математического анализа, дифференциального и интегрального исчисления, теории движения и эксплуатационных свойств автотранспортных средств, моделирования на ЭВМ. При проведении расчетов использовались современные ЭВМ, применялось программное обеспечение: Excel, Delphi 7 Lite Full Edition 7.3.4.3, Visual Basic 6.0. Эффективность использования результатов исследования подтверждена их внедрением в производство.

Научные результаты, выносимые на защиту:

- аналитические зависимости для обоснования целесообразности проло-жения лесовозных усов к ветке в части ее зоны тяготения, расположенной со стороны границы лесосырьевой базы, под углом равным оптимальному углу примыкания ветки к магистрали; оптимального угла примыкания уса к ветке; оптимального смещения ветки от равновесного положения в ее зоне тяготения, позволяющие установить параметры размещения временных лесовозных автомобильных дорог в лесосырьевых базах, обеспечивающие снижение затрат на вывозку лесоматериалов из лесосек;

- математическая модель движения лесовозных автопоездов на примыканиях лесовозных автомобильных дорог в одном уровне и алгоритм, реализующий ее, позволяющие определить расстояния видимости примыкающей дороги и боковой видимости, дополнительное расстояние видимости, площадь зоны расчистки, которые необходимы для обеспечения безопасности движения;

- зависимости для определения оптимальных расстояний между погрузочными пунктами, целевая функция суммарных удельных затрат на вывозку лесоматериалов по ветке, трелевку и устройство погрузочных пунктов, алгоритм оптимизации параметров размещения лесовозного уса на лесосеке, позволяющие установить положение лесовозного уса на лесосеке, обеспечивающее снижение затрат на трелевку и вывозку лесоматериалов;

- аналитические зависимости и алгоритм оптимизации параметров разворотной петли лесовозного уса, позволяющие определить параметры разворотной петли, обеспечивающие минимальные затраты на ее устройство, содержание и ликвидацию, безопасный разворо1 автопоездов в пределах лесосеки;

- целевая функция и алгоритм оптимизации параметров размещения разворотных петель на лесовозн�