CC BY
32
ЛЕСОИНЖЕНЕРНОЕ ДЕЛО
в каждом квадрате необходимо найденные значения X умножить на N/2. Кроме того, в качестве значений осадки 5fa. k-й площадки от действия единичной силы на i-ю площадку использовалось значение функции Fk(r/c), а в качестве осадки у0 - осадка площадки, ближайшей к вершине двугранного клина. Истинное значение осадки у0 равно
Уо
(l-Д2) N' _
Уо
п-E ■c 2
а соответствующее ей изменение угла заглубления двугранного клина Ду
Ду = arctg(y0 / c).
Таким образом, построена модель процесса образования пласта при отсутствии силы продольного сжатия элемента пласта. Определены силы, действующие на клин, угол заглубления клина, размеры элемента пласта, образующегося при резании почвы.
Библиографический список
1. Горячкин, В.П. Собрание сочинений. В 3 т. Т 2 / В.П. Горячкин. - М.: Колос, 1965. - 459 с.
2. Маслов, Н.Н. Основы инженерной геологии и механики грунтов / Н.Н. Маслов. - М.: Высшая школа, 1982. - 511 с.
3. Работнов, Ю.Н. Механика деформируемого твердого тела: учеб. пособие для вузов: 2-е изд., испр. / Ю.Н. Работнов. - М.: Наука, 1988. - 712 с.
4. Рекач, В.Г. Руководство к решению задач прикладной теории упругости / В.Г. Рекач. - М.: Высшая школа, 1984. - 287 с.
5. Сидоров, С.А. Повышение долговечности и работоспособности рабочих органов почвообрабатывающих машин и орудий, применяемых в сельском и лесном хозяйствах: автореф. дисс. ... д-р техн. наук / С.А. Сидоров. - М.: ГНУ ВИМ, 2007. - 34 с.
6. Соколовский, В.В. Статика сыпучей среды / В.В. Соколовский. - М.: Наука, 1990. - 272 с.
7. Цитович, Н.А. Механика грунтов (краткий курс) / Н.А. Цитович. - М.: Высшая школа, 1983. - 288 с.
АНАЛИЗ ЭФФЕКТИВНОСТИ ЛЕСОТРАНСПОРТНЫХ
машин с использованием спутниковых радионавигационных систем (СрнС)
И.Р ШЕГЕЛЬМАН, проф. каф. ТОЛК ПетрГУ, д-р техн. наук,
A. В. КУЗНЕЦОВ, доц. каф. ТОЛК ПетрГУ, канд. техн. наук,
B. И. СКРЫПНИК, зав. лаб. технологии лесосечных работ и транспорта леса КарНИИЛПК
Как правило, производительность лесотранспортных машин значительно отличается от расчетных значений. Нормы выработки на вывозке леса автопоездами дифференцированы в зависимости от типа покрытия, категорий дороги (ус, ветка, магистраль), с учетом расстояния вывозки по всем категориям дорог, однако ими не учитывается состояние покрытия, особенности плана и профиля конкретной дороги (уклоны продольного профиля, радиусы вертикальных и горизонтальных кривых, ограничения скорости). Проведенные исследования показали [5], что средняя скорость движения на дорогах общей категории с нормальным состоянием покрытия одинакового типа могут отличаться в 1,5—1,7 раза, что приводит к тому, что на одних дорогах нормы выработки легко выполняются, на других выполняются только за счет значительной переработки нормативного времени работы.
kuzalex@psu.karelia.ru Одним из важнейших показателей работ лесотранспортных машин является проходимость. Применительно к автомобилям (автопоездам) проходимость - способность этих машин передвигаться в трудных дорожных условиях.
В работах Г.М. Анисимова, В.Ф. Бабкова, В.Н. Шитова, В.А. Горбачевского, Д.И. Шеховцева, В.П. Немцова, Б.А. Шестакова и других специалистов [1-4] описаны зависимости оценки проходимости как гусеничных, так и колесных машин.
Проф. В.Ф. Бабков предложил возможность движения по деформируемому грунту оценивать критерием проходимости П, который определяется
П = *ф - 4 - ^ (1)
где k - коэффициент сцепной массы машины;
ф - коэффициент сцепления;
112
ЛЕСНОЙ ВЕСТНИК 3/2009
ЛЕСОИНЖЕНЕРНОЕ ДЕЛО
fc - средний коэффициент сопротивления движению;
i - уклон.
Проходимость считается хорошей при П > 0,2, удовлетворительной - при 0,1 < П > 0,2, затруднительной - при П = 0,1-0,05 и неудовлетворительной при П = 0-0,05.
Проф. В.А. Горбачевским был предложен коэффициент проходимости
С > кф/v, (2)
где v = f+i - суммарный коэффициент сопротивления движению.
Установившееся движение возможно при С > 1, а надежность движения повышается при увеличении C.
В работах НАМИ, проводимых под руководством В.И. Кнороз, в качестве критерия проходимости предложена зависимость П = (М - М)/М, (3)
где М - максимальный момент по сцеплению;
Mf- момент сопротивлению движению.
В сухопутном транспорте леса проходимость лесовозного автопоезда определяется с использованием зависимости [4]
G ф > G(f ± i), (4)
где Gb - масса автомобиля, приходящаяся на ведущие колеса;
Ga - полная масса транспортного средства;
f - коэффициент сопротивлению качению
или
k = G в/G a >f ± 0/ф. (5)
Левая часть неравенства, представляющая отношение массы автомобиля, приходящейся на ведущие колеса (GJ, к полной массе транспортного средства (Ga) - коэффициент сцепной массы (k).
Таким образом, авторы особое внимание уделяли технической проходимости, т.е. способности транспортных машин работать в тяжелых природно-производственных условиях эксплуатации. Вместе с тем эти показатели не дают возможности более полно оценить эффективность работы лесотранспортных машин. Поэтому необходимо было предложить такой технологический критерий проходимости, который увязывал бы в одну систему все показатели работы лесотранспортных машин.
В работах НАМИ и проф. Г.М. Анисимова [1, 2] рассмотрена взаимосвязь проходимости транспортных машин с полезной нагрузкой, протяженностью дороги, временем движения, расходом топлива, т.е. функция Ппр = AQnm> S; t; g), согласно которой комплексный фактор проходимости колесных и гусеничных машин на трелевке древесины и автопоездов на вывозке древесины определяется
П = (Q S t g)/( Q S t g ) =
= (Qm Vmg.y( Q3 К gm) (6)
где Qm и Q3 - полезная нагрузка при движений по трудному и эталонному участку пути соответственно, м3;
S и S - протяженность трудного и эталонного участка пути соответственно, км;
t и t - время движения машины по трудному и эталонному участку пути соответственно, с;
g и g - расход топлива при движении по трудному и эталонному участку пути соответственно, л(т)/км;
V и V - скорость движения машины по трудному и эталонному участку пути соответственно, км/ч.
Зависимость (6) учитывает энергетические свойства транспортной системы, но не учитывает технологические параметры эффективной работы транспортных машин. Так как имеется необходимость оценки не только технических, но и технико-экономических факторов эффективной работы транспортных средств на лесосечных работах и на вывозке, формула (6) требует уточнения.
Исходя из вышеизложенного в формуле (6), предлагается взамен показателей, характеризующих величины Q , Q , S , S и t , t ввести показатель, характеризующий сменную производительность лесотранспортных машин. Таким образом, комплексный фактор проходимости преобразуется в коэффициент технологической проходимости Ктп =fП; g). Термин «коэффициент технологической проходимости» включает не только техническую, но и технолого-экономическую сущность, отражающую как техническую проходимость, так и технологическую производительность транспортных машин на лесосечных работах и на вывозке.
ЛЕСНОЙ ВЕСТНИК 3/2009
113
ЛЕСОИНЖЕНЕРНОЕ ДЕЛО
снятия данных
Рисунок. Система GPS мониторинга транспорта
При этом с учетом сменной производительности машин формула (6) примет вид К = (П m; g)/(n э; g), (7)
где Псмт и Псмэ - сменная производительность машин при движении по трудному и эталонному участку пути, м3/смену; gm и g3 - расход топлива при движении по трудному и эталонному участку пути, л(т)/км.
Для лесововозных автопоездов при определении Псмэ за S:3 условно принимаются все участки лесовозных усов, веток и магистралей, имеющие хорошее состояние покрытия, обеспечивающие движение лесовозных автопоездов со скоростями, соответствующими динамическим возможностям автопоезда с учетом обеспечения безопасности движения; при определении П т за S принимаются все участки на дороге с фактическим состоянием покрытия.
Скорость, время движения, расход топлива при расчете Псмэ определяются путем моделирования движения на ПЭВМ с использованием выведенных ранее расчетных формул и разработанных программ для ПЭВМ [5]. Для расчета указанных показателей необходимы технические характеристики автопоезда, его грузоподъемность и др., а также документы, характеризующие дорогу (продольный профиль и план). В случае отсутствия указанных документов необходимые данные об уклонах продольного профиля, радиусах вертикальных и горизонтальных кривых определяются с использованием спутниковых радионавигационных систем (GPS и ГЛОНАСС). С помощью спутниковых радионавигационных систем (СРНС), кроме
указанных показателей, можно определить: время погрузки и разгрузки, скорости движения в холостом и грузовом направлениях, расход топлива, фактическую продолжительность смены, время простоев и др.
Применяемая в данном случае для оценки фактических показателей работы система GPS мониторинга транспорта [5] предназначена для сбора и визуального отображения собранной информации о передвижении и техническом состоянии транспортных средств (рисунок).
Сущность данной системы GPS мониторинга заключается в следующем: на дисплее компьютера выводится электронная карта местности (города, региона, страны), на которой отображаются все данные о наблюдаемом объекте (местоположение, пройденный маршрут, точная скорость движения в любой момент времени, место и время остановок, истинный пробег). Данные о наблюдаемом объекте могут быть также представлены в виде таблиц, как в электронном, так и в печатном виде. Кроме того, данная система позволяет оценить техническое состояние автомобиля: напряжение бортовой сети автомобиля, температуру охлаждающей жидкости, давление масла, уровень и фактический расход топлива и др.
Исходя из вышеизложенного, в общем случае за П т принимается фактическая сменная производительность, которая определяется с использованием данных системы GPS мониторинга транспорта. За эталонную Псмэ принимается расчетная сменная производительность, полученная с использованием данных по скорости и времени движения. Эталонный расход топлива (g) рассчитыва-
114
ЛЕСНОЙ ВЕСТНИК 3/2009
ЛЕСОИНЖЕНЕРНОЕ ДЕЛО
ется при моделировании движения, фактический расход топлива (gm) определяется по данным системы GPS мониторинга.
Определив расчетную Псмэ и фактическую Псмт сменную производительность и соответствующий расход топлива g и g, с использованием зависимости (7) определяется коэффициент технологической проходимости.
В процессе эксперимента система GPS была установлена на лесовозный автопоезд-сортиментовоз на базе автомобиля КамАЗ-53228 (6x6), с использованием которой были получены показатели работы автопоезда в реальных природно-производственных условиях эксплуатации ЗАО «Шуялес» (Республика Карелия).
Расчетно-экспериментальными исследованиями доказано [5], что расчет по программе обеспечивает достаточную точность, достоверность и адекватность расчета показателей движения, максимальные расхождения по скорости и времени движения между фактическими и расчетными данными при эксплуатации автопоездов на дорогах с нормальным состоянием покрытия не превышают 4,5-5 % [5], что дает основание принимать расчетные показатели как базу для сравнения.
Пример: При расстоянии вывозки
86 км, из них по усу 2 км, по ветке 14 км, по дорогам общего пользования с асфальтобетонным покрытием 70 км, сменная эталонная производительность Псмэ= 55,18 м3/смену, фактическая П т = 41,15 м3. При этом на ветке, в результате неудовлетворительного состояния покрытия на расстоянии 14 км фактическая скорость движения составила в порожнем направлении 27 км/ч, в грузовом 16 км/ч, а расчетная - соответственно 42 и 37 км/ч. На дороге общего пользования эталонная и фактическая скорость практически одинаковы: в порожнем 66,7 и 66 км/ч и в грузовом 65,9 и 61 км/ч. Эталонный расход топлива на всем маршруте составил 78,92 л на 100 км, а фактический 87,32 л/100 км. При этом на усах и на дороге общего пользования эталонный и фактический расход топлива практически равны, на ветке эталонный расход топлива 118 л/100 км, а фактический 170 л на 100 км. Коэффициент технологической проходимости составит Ктп = (47,5-78,9)/(55,18-87,3) = 0,772.
На вновь построенных лесовозных дорогах, спроектированных с соблюдением ГОСТов, с покрытием, выполненном на основе технических требований, значение К близки к 1. В настоящее время большинство лесовозных дорог строятся лесозаготовительными предприятиями без проектов, содержанию построенных ранее дорог не уделяется достаточного внимания. В результате во многих случаях коэффициент технологической проходимости снижается до 0,5-0,55, что совершенно недопустимо, так как при таких значениях Ктп не только снижается производительность автопоездов в период их эксплуатации, но и увеличиваются затраты на их ремонт, ухудшаются условия работы водителей. Для любой дороги с использованием описанной методики работы можно получить данные по скорости движения и расходу топлива для эталонных и тяжелых условий, определить участки, где расхождения наиболее значительны. После этого можно рассчитать затраты на ремонт или реконструкцию этих участков, определить скорость на тяжелом участке, на основе которой корректируется Псмт, определить коэффициенты технологической проходимости и экономический эффект от мероприятий по ремонту и реконструкции дорог с учетом изменения транспортной составляющей. После проведения нескольких циклов расчетов выбирается оптимальный вариант ремонта и реконструкции дороги, обеспечивающий минимум удельных затрат на содержание и ремонт дорог и вывозку леса.
Библиографический список
1. Анисимов, Г.М. Основы минимизации уплотнения почвы трелевочными системами: Научное издание / Г.М. Анисимов, Б.М. Большаков. - СПб.: ЛТА, 1998. - 108 с.
2. Горбачевский, В.А. Работа шин на лесотранспорте / В.А. Горбачевский. - М.: Лесная пром-сть, 1970.
- 120 с.
3. Немцов, В.П. Эксплуатация автомобильного транспорта на лесозаготовительном предприятиях / В.П. Немцов, Б.А. Шестаков. - М.: Лесная пром-сть, 1982. - 271 с.
4. Прохоров, В.Б. Эксплуатация машин в лесозаготовительной промышленности / В.Б. Прохоров.
- М.: Лесная пром-сть, 1978. - 304 с.
5. Шегельман, И.Р. Вывозка леса автопоездами. Техника. Технология. Организация / И.Р. Шегельман, В.И. Скрыпник, А.В. Кузнецов и др. - СПб.: ПРО-ФИКС, 2008. - 304 с.
ЛЕСНОЙ ВЕСТНИК 3/2009
115
