CC BY
9
DOI: https://doi.org/10.23670/IRJ.2017.58.088 Ханин Д.М.
ORCID: 0000-0003-2101-5191, Волгоградский государственный технический университет ФОРМИРОВАНИЕ МЕТОДИКИ ВЫБОРА ОПТИМАЛЬНОГО ПОДВИЖНОГО СОСТАВА ДЛЯ МЕЛКОКОНТЕЙНЕРНОЙ ТЕХНОЛОГИИ ДОСТАВКИ
Аннотация
Приведена методика выбора оптимального типа подвижного состава по критерию максимальной суточной производительности одного автомобиля для городской доставки скоропортящихся продуктов в мелких контейнерах.. Представлена регрессионная модель прогнозирования технической скорости автомобилей в зависимости от их полной массы, эффективной мощности двигателя, критической скорости на вираже по условию опрокидывания, силы аэродинамического сопротивления движению и времени выезда автомобиля на линию. Сформировано выражение для определения суточной производительности единицы подвижного состава, учитывающее параметры маршрута, тип используемого автомобиля и параметры используемого мелкого контейнера. Сформирован алгоритм, позволяющий выбрать оптимальный тип подвижного состава для доставки скоропортящейся продукции, учитывающий различные способы размещения контейнеров в кузове.
Ключевые слова: мелкие контейнеры, скоропортящиеся продукты, производительность, технология, техническая скорость.
Khanin D.M.
ORCID: 0000-0003-2101-5191, Volgograd State Technical University FORMATION OF THE METHOD OF SELECTING THE MOST EFFECTIVE MOBILE COMPOSITION FOR SMALL-CONTAINER TECHNOLOGY OF DELIVERY
Abstract
The article presents the method of selecting the most effective type of rolling stock by the criterion of the maximum daily productivity of one car for the urban delivery ofperishable products in small containers. A regression model for predicting the technical speed of cars is provided, depending on their total mass, effective engine power, critical speed on the bend by the rollover condition, force of aerodynamic resistance to movement and time of car departure on a line. We developed an expression to determine daily productivity of a rolling stock unit, taking into account the route parameters, the type of vehicle used and the parameters of the small container. We elaborated an algorithm that allows choosing the most effective type of rolling stock for the delivery ofperishable products, taking into account different ways ofplacing containers into the car.
Keywords: small containers, perishable products, productivity, technology, technical speed.
Скоропортящиеся продукты (СП) отличаются небольшими сроками реализации и температурными условиями хранения, что накладывает особые требования к технологии и организации их доставки от изготовителя до магазинов.
В настоящее время наиболее распространенная технология перемещения СП предполагает использование европаллетов и используется подвижной состав с устройствами охлаждения, которые позволяют поддерживать определенную температуру СП при перемещении. Однако при такой технологии ухудшаются эксплуатационные свойства автомобильного транспорта, в частности, значительно увеличивается расход топлива за счёт потребности в работе охлаждающих установок рефрижераторов, снижается эффективность использования грузоподъемности и объёма кузова за счёт ограничения высоты штабелирования СП на европаллетах, уменьшается эксплуатационная скорость автомобиля из-за неоправданно длительного простоя под погрузочно-разгрузочными операциями.
Перспективным направлением перемещения СП является применение новых мелкоконтейнерных технологий на основе использования разработанных автором специализированных передвижных контейнеров, позволяющих в значительной степени устранить проблемы эксплуатации транспортных средств.[3,4] Можно предположить, что применение мелкоконтейнерной технологии доставки СП существенно повлияет на эксплуатационные показатели автомобилей, а именно коэффициенты использования грузоподъемности и грузовместимости автомобиля, на структуру подвижного состава (ПС), осуществляющего перевозку. Такое предположение вызвано недостаточной изученностью технологии перевозок. В этой связи, исследования, направленные на изучение технологии доставки СП, являются актуальными. В данной статье автором рассмотрено влияние применяемой технологии доставки на некоторые эксплуатационные показатели автомобилей и на основании этого представлена методика выбора оптимального подвижного состава по критерию максимальной суточной производительности.
Массу тарно-штучных СП, перевозимых в СПК можно определить, как
q = q • K • n = V • V • K • K • n = a • b • c • V • K • K • n
тгр 1гм гм гм гм уд го гм гм к к к уд го гм гм ^
где qгм - масса брутто контейнера, т; пгм - количество контейнеров в автомобиле; Кгм - доля СП в грузовом месте по массе; Угм - объем контейнера, м3; Ууд - удельная масса тарно-штучных СП, т/м3; Кго - доля СП в грузовом месте по объему; aK, Ьк, cH - соответственно длинна, ширина, высота контейнера, м.
Доля СП в контейнере по массе определится как
K„, = ^-, (2)
q™
где qj. - масса нетто контейнера, т.
Аналогично, доля СП в грузовом месте по объему определится как
к - V
кго - -,
(3)
где Уг - объем камеры для размещения груза в контейнере, м3.
Количество грузовых мест, перевозимых в ТС, при удовлетворении условий размещения контейнеров по размерам и объему партии, определяется из условия наибольшего использования грузоподъемности автомобиля:
Оа
(4)
Чг
где Qa - номинальная грузоподъемность автомобиля, т. Полученное в (4) значение округляется в меньшую сторону.
Таким образом, масса продуктов, перевозимых в ТС, составит:
а ■ Ь ■ С ■ П ■ V ■ Ч ■V
" " " гм уд эг г
Чгр -
(5)
Ч V
гм гм
Изменение применяемой технологии доставки ведет к изменению положения центра тяжести автомобиля, что в свою очередь влияет на показатели устойчивости транспортного средства. Это изменение необходимо учитывать для обеспечения надежности и безопасности процесса доставки грузов по технологии с использованием мелких контейнеров. Высота центра тяжести автомобиля с грузом в данном случае составит:
И
И ■ Ч + ( И + И ) ■ Ч п
ц.тс. ^ТС У ц.гм. погр) ^(гм ]
(6)
п
гм гм
Чтс + Чг
где кц - высота центра тяжести автомобиля с грузом; дтс - масса пустого автомобиля, т; йц/гс. - высота центра тяжести пустого автомобиля, м; йцгм. - высота центра тяжести контейнера от опорной поверхности, м; Апогр -погрузочная высота автомобиля, м.
Чем выше значение критической скорости на вираже, тем ниже вероятность опрокидывания автомобиля. Критическая скорость будет определяться по формуле [1, С. 110]:
- 3'6\|
( В + 2Лц gR =36
В + 2
И ■ ч +(И + И )■ Ч
ц.тс. Ттс у ц.гм. погр у Тг
п
гм гм
Ч + Ч п
тс гм г
gR
2Иц - БЩ5
2
И
■ Чтс +
(
+И
погр
(7)
■ Чгм Пг
- БЩ5
Ч +Ч п
тс гм гм
где В - колея автомобиля, м; 5 - угол поперечного уклона дороги, град; Я - радиус кривизны поворота, м.
Расчеты по формулам (6) и (7) для используемых в городской доставке типов автомобилей показывают, что применение контейнерной технологии доставки ведет к увеличению высоты центра тяжести автомобиля с грузом до 5 % и уменьшению критической скорости на вираже по условию опрокидывания до 3 % в сравнении с европаллетной технологией.
Увеличение силы аэродинамического сопротивления негативно влияет на тягово-скоростные характеристики автомобиля, такие как максимальная скорость и ускорение. Следовательно, целесообразно уменьшать ее значение[1, С. 35]:
р - кру2 - кБ(И + с + И + И )V2. (8)
ад а \ погр к з корп I у '
Н ■ с2
где к - коэффициент обтекаемости автомобиля, -; - лобовая площадь автомобиля, м2; V - скорость
м
автомобиля, принимается значение v=16,7 м/с.
На техническую скорость автомобиля оказывают влияние такие показатели, как эффективная мощность двигателя, полная масса автомобиля, критическая скорость автомобиля на вираже по условию опрокидывания, сила аэродинамического сопротивления движению автомобиля и время выпуска на линию. Известно, что в ночное время техническая скорость автомобиля растет благодаря малой загруженности автодорог. Вследствие невозможности точного количественного определения зависимости технической скорости от вышеназванных показателей, изобразим зависимость в виде пятифакторной регрессионной модели:
Ут - I (Чам, Уко, Рад, ^кол Л ) - Ь0 + ЬЧам + + ^Р^ + Ь^е + Ь?я (9)
В качестве результирующего показателя, определяющего эффективность применения предлагаемой технологии, принимается суточная производительность автомобиля в тоннах. Данный показатель является ключевым в определении количества транспортных средств, требуемых для выполнения суточного объема перевозок.
Известно, что производительность автомобиля целесообразно повышать для увеличения эффективности его использования. Следовательно, сформированная целевая функция на примере [2, С. 158] примет вид:
)
V
а ■ Ь ■ с ■ п ■V ■ а ■ V ■ Т - В-V
к к к гм уд ^г г н К
ЧгмУгм 'ег Vт
V
при следующих ограничениях [5]:
t , + п
ман1 гм
•(V +1 ) + tп
у погр разг у до]
+
\Л
-»шах
(10)
док
^п +1 р +1 +1 р +1 р
V ман2 ман1 прием док ман2 J J
ака ^ апк = ШаХ {Пкд1 ■ ак + Пкш1 ■ Ьк + (Пкд1 + Пкш1 " 1) ■ аз } ; Ька ^ Ьпк = ШаХ {Пкд ■ Ьк + nкшJ ■ ак + («кд + «щ " 1) ■ Ьз }; Кка ^ ск + К;
Vг = шах {пКд1 ■ ак + пКш1 ■ Ьк + (пкда + Пкш1 - 1) ■ аз } Х
(11)
Х ШаХ {nкдj ^ Ьк + nкшJ ■ ак + («кд + «щ - 1) ■ Ьз } ■ (Ск + Кз ) ^ ^ка ;
п
■Ягм ^ ба •
где /погр - время погрузки контейнера в транспортное средство из зоны отгрузки склада, ч; /лдок - время оформления документов в пункте погрузки, ч; /лман1 и /лман2 - время маневрирования ТС до и после погрузки, соответственно, ч; /разг - время разгрузки контейнера из транспортного средства в зону приемки склада, ч; /прием -время сверки по количеству и качеству (приемки) товара, ч; /рдок - время оформления документов в пункте разгрузки, ч; /рман1 и /рман2 - время маневрирования ТС до и после разгрузки, соответственно, ч; aпк - наибольшая длина партии контейнеров в кузове, м; Ьпк - наибольшая ширина партии контейнеров в кузове, м; aз - зазор между контейнерами в продольном ряду, м; Ьз - зазор между контейнерами в поперечном ряду, м; hз - зазор между верхней поверхностью контейнера и потолком кузова ТС, м; - высота кузова автомобиля, м; ^орп - толщина корпуса кузова автомобиля, м; пкд1 - количество контейнеров в продольном 1-м ряду, размещенных в длину сонаправленно с движением ТС; пкш1 -количество контейнеров в продольном 1-м ряду, размещенных в длину перпендикулярно движению ТС; пкд| -количество контейнеров в поперечном _|-м ряду, размещенных в длину сонаправленно с движением ТС; пк1Щ -количество контейнеров в поперечном _|-м ряду, размещенных в ширину перпендикулярно движению ТС.
Требуемое количество автомобилей для выполнения суточного плана перевозок определится по следующей формуле:
А = бт (12)
и дн
Для ак=0,8 м, Ьк=1,2 м, ск=1,8 м, Кгм=0,95, Кго=0,75, ^=8 ч, Р=0,8, Кт=27 км/ч, 4-р=2,5 ч и бсут=60 т, построены графики зависимости Um и Ам от количества контейнеров в кузове автомобиля пгм (рис. 1).
шт
,й ейл
и б о м о
овт
а о
в -
-л
а
30 25 20 15 10 5 0
—
— п
п п п п п
4 5 6 7
Количество контейнеров, шт
10
25
20
10
л н о о и
Л
ё
ё
ч
о «
00 «
о
и ¡г о н
¿т
I Суточная производительность
■Кол-во автомобилей
Рис. 1 - Зависимость суточной производительности автомобиля и количества автомобилей от количества
контейнеров в единице ПС
Блок-схема алгоритма методики выбора ПС представлена на рис. 2. Работа алгоритма начинается с ввода исходных данных о маршрутах, о суточном объеме перевозок и о контейнере.
Алгоритм предусматривает формирование массива данных о ПС, доступном для использования. Элементы массива представляются в виде:
¿каь скаь ^огрь ^орпъ ^тсъ Qа1, ^.тс. ь B1, ^по^ ^ док ^ манЬ ^ ма^ ^раз^
/Р /Р . /Р Л (13)
^приен ^дою ^манЬ
^Рман2 }
5
0
1
2
3
8
9
Следующим шагом алгоритма является расчет суточной производительности ПС различных видов для различных вариантов размещения контейнеров в кузове. Для упрощения расчетов принимаются следующие варианты размещения:
Рис. 2 - Блок-схема алгоритма выбора оптимального подвижного состава и его количества для мелкоконтейнерной технологии доставки
1) Все контейнеры расположены в длину в направлении движения автомобиля, при этом:
пгм1 -(ака (ак + аз))^(Ька Лу (Ьк + Ьз)); пкд1 - (ата Шу(а + а3)); пкш -0; пт -(Ька йу(Ьк + Ьз)); ^ -0;
2) Все контейнеры расположены в ширину в направлении движения автомобиля, при этом:
пгм2 -(ака ^(Ьк + Ьз))■ (Ька ^(ак + аз)); пвд1 -пш -(ака Лу (ак + а)); пт -
пкд| - (Ька ^ (ьк + Ьз ));
3) Контейнеры расположены в два продольных ряда так, что в одном ряду контейнеры в длину, а в другом в
ширину в направлении движения автомобиля, при этом: п = ( a div(a + a )) + (a div(b + b ));
гмз у ка \ к з / / у ка \ к з / / ~
пвд = (a™ div (aк+a3)); пкш = (div (ьк + ьз)); n^=i; nKinj=i.
При каждом варианте размещения окончательно принимается пгм, скорректированное с учетом грузоподъемности рассматриваемого транспортного средства:
п = min(п Q / q ). (14)
гм V гм1' ¿^а 1 гм / 4 '
Для каждого варианта размещения при удовлетворении ограничений модели, предусмотренных выражением (11), рассчитанное значение производительности запоминается, происходит расчет производительности для следующей модели автомобиля и так далее до окончания массива данных об автомобилях.
На следующем шаге, среди данных о производительности автомобилей выбирается наибольшее значение суточной производительности, рассчитывается требуемое количество автомобилей, требуемое для выполнения суточного объема перевозок. Заключительный этап - вывод данных об оптимальном типе и количестве ПС, способе размещения и количестве контейнеров.
Список литературы / References
1. Вахламов, В. К. Конструкция, расчет и эксплуатационные свойства автомобилей [Текст] : учеб. пособие / В. К. Вахламов. - М. : ИЦ "Академия", 2007. - 556, [1] с. - (Высшее профессиональное образование). - ISBN 978-5-76953793-6.
2. Майборода М.Е. Грузовые автомобильные перевозки : учебное пособие / М.Е. Майборода, В.В. Беднарский. -Изд. 2-е. - Ростов н/Д : Феникс, 2008. - 422, [1] c. - (Среднее профессиональное образование).
3. Ханин Д.М., Рябов И.М. Недостатки существующей технологии и организации городской доставки молочной продукции и разработка новой на основе предложенных передвижных контейнеров // Интернет-журнал «НАУКОВЕДЕНИЕ» Том 8, №5 (2016) http://naukovedenie.ru/PDF/32TVN516.pdf (доступ свободный). Загл. с экрана. Яз. рус., англ.
4. Ханин, Д.М. Новая технология доставки молочных продуктов в городах с использованием специализированных контейнеров / Д.М. Ханин // Известия ВолгГТУ. Сер. Наземные транспортные системы. Вып. 12. - Волгоград, 2015. - № 6 (166). - C. 60-63.
5. Ханин, Д.М. Ограничения к модели выбора автомобиля при доставке скоропортящихся продуктов в специализированных передвижных контейнерах / Д.М. Ханин, И.М. Рябов // VIII международная научно-практическая конференция «Российская наука в современном мире». (Москва, 14 фев. 2017 г.) : тез. докл. / отв. ред. В.Б. Соловьев ; Москва: «Научно-издательский центр «Актуальность.РФ», 2017. - C. 86-89.
Список литературы на английском языке / References in English
1. Vahlamov, V. K. Konstrukcija, raschet i jekspluatacionnye svojstva avtomobilej [Construction, design and operational properties of vehicles] [Text] : textbook / V. K. Vahlamov. - M. : IC "Akademija", 2007. - 556, [1] p. - (Vysshee professional'noe obrazovanie) [High professional education]. - ISBN 978-5-7695-3793-6. [in Russian]
2. Majboroda M.E. Gruzovye avtomobil'nye perevozki [Automobile cargo moving] : textbook / M.E. Majboroda, V.V. Bednarskij. - 2nd edition. - Rostov n/D : Feniks, 2008. - 422, [1] p. - (Srednee professional'noe obrazovanie) [Medium professional education] [in Russian]
3. Hanin D.M., Rjabov I.M. Nedostatki sushhestvujushhej tehnologii i organizacii gorodskoj dostavki molochnoj produkcii i razrabotka novoj na osnove predlozhennyh peredvizhnyh kontejnerov [Disadvantages of existing technology and organization of urban dairy products delivery and development of the new one based on offered vable containers] // Internet journal «NAUKOVEDENIE» Vol. 8, №5 (2016) http://naukovedenie.ru/PDF/32TVN516.pdf (free access). Heading from screen. Lang. rus., en. [in Russian]
4. Hanin, D.M. Novaja tehnologija dostavki molochnyh produktov v gorodah s ispol'zovaniem specializirovannyh kontejnerov [The new technology of dairy products delivery in cities using specialized containers] / D.M. Hanin // Izvestija VolgGTU [The news of VSTU]. Ser. Nazemnye transportnye sistemy [Series Ground transportation systems]. Vol. 12. -Volgograd, 2015. - № 6 (166). - P. 60-63. [in Russian]
5. Hanin, D.M. Ogranichenija k modeli vybora avtomobilja pri dostavke skoroportjashhihsja produktov v specializirovannyh peredvizhnyh kontejnerah [Limitations to the model of vehicle selection within perishable goods delivery in specialized movable containers] / D.M. Hanin, I.M. Rjabov // VIII mezhdunarodnaja nauchno-prakticheskaja konferencija «Rossijskaja nauka v sovremennom mire». [VIII International scientific-practical conference "Russian science in the modern world"] (Moscow, 14 feb. 2017 y.) : proceedings / resp. ed. V.B. Solov'ev ; Moscow: «Research and Publishing Center «Actualnots.RF», 2017. - P. 86-89 [in Russian]
