Размещение временных автомобильных дорог в лесосеках Текст научной статьи по специальности «Энергетика и рациональное природопользование»

УДК 630*383.2

РАЗМЕЩЕНИЕ ВРЕМЕННЫХ АВТОМОБИЛЬНЫХ ДОРОГ В ЛЕСОСЕКАХ

П. С. Рыбников

ФГБОУ ВПО «Воронежская государственная лесотехническая академия»

RibnikovPavel S @vandex.ш

На лесовозных усах для обеспечения разворота подвижного состава устраивают разворотные петли [1]. Разворотные петли также называют петлевыми разворотами [2]. Профессор И.И. Леонович использовал термин «петля поворотная» [3], он дает следующее определение: «Петля поворотная - путь (участок дороги), устраиваемый на конечных станциях, нижних складах или лесосеках с целью разворота подвижного состава (железнодорожных или автомобильных поездов) без маневрирования и переформирования [3, с. 92]».

Разворотные петли позволяют осуществлять безопасный разворот подвижного состава на лесосеках с минимальными энергозатратами, за сравнительно короткое время, без привлечения дополнительных технических средств. При отсутствии организованных пунктов для разворота на лесных дорогах данный маневр не всегда возможен по причине природных условий.

Пункт 5.50 СНиП 2.05.07-91* [4] указывает, что для разворота автомобилей в конце тупиковых дорог и для производства

С = сР

СУЯ 10>ШуУл (пр1п + сп )

где ССУд - суммарные удельные затраты на устройство петлевых разворотов и дополнительный пробег автопоездов, р./м3;

маневров в пунктах погрузки и разгрузки следует предусматривать петлевые объезды или площадки, размеры которых определяют расчетом в зависимости от габаритов транспортных средств и перевозимых грузов, но во всех случаях принимают:

- для одиночных автотранспортных средств общего назначения - не менее 12^12 м (прямоугольного очертания) или радиусом не менее 12 м (для петлевых объездов);

- для специализированных автомобилей, включая автомобили особо большой грузоподъемности, диаметр разворотных площадок должен быть не менее 2,5 (для тягача с полуприцепом - не менее 3,5) конструктивных радиусов разворота по переднему наружному колесу.

Профессор Д.Н. Афоничев установил оптимальное расстояние между петлевыми разворотами, исходя из минимизации затрат на устройство разворотов и перепробега подвижного состава по усу без груза [2]. Целевая функция в работе [2] имеет вид

+

к Ь

пРУиУХ

кМп

1П (ПР ПР) ,

“Л + 21 Д

+ С

Л

^ тт, (1)

у Рп + Сп )

Ср - стоимость строительства и содержания одного петлевого разворота, р.;

dy - ширина зоны тяготения к усу

(ширина лесосеки), км;

ул - ликвидный запас древесины на 1

га, м3/га;

пР - количество погрузочных пунктов между петлевыми разворотами при одностороннем размещении погрузочных пунктов или количество пар погрузочных пунктов при их двухстороннем размещении вдоль уса;

1П - расстояние между погрузочными пунктами, км;

сп - параметр, учитывающий увеличение ширины пасеки последнего погрузочного пункта, км;

^У - коэффициент удлинения уса;

ЬУХ - стоимость пробега подвижного состава по усу без груза, р./км;

^ - коэффициент использования полезной нагрузки;

Qп - полезная нагрузка на автопоезд,

3

м;

1д - расстояние от центра остановочной площадки до петлевого разворота, км.

Расстояние между петлевыми разворотами LПР в работе [2] определено как величина, кратная расстоянию между погрузочными пунктами

(2)

Расстояние от лесовозной ветки до первого петлевого разворота составляет

L — п 1

ПР ПР1П •

LПР 10 + (пр 1) 1

(3)

где 10 - расстояние от оси ветки до границы лесосеки, км.

Дифференцирование функции (1) по аргументу пр позволяет найти оптимальное значение аргумента пр [2]

с

п — —- + Пр 1 т

1П

с2 с

гг п |

т - г+

V п * 1

СР^П

'П

П

100^УЛ1П к'РУЬУХ

. (4)

В формуле (4) сп — 1К - 1П, где 1к -

расстояние от последнего погрузочного пункта (последней пары погрузочных пунктов) до границы зоны тяготения ветки, км. Если в глубинной части лесосеки предусматриваются пасеки точно такой же ширины, как и в головной, и в промежуточной частях, то сп=0.

Оптимальное расстояние между погрузочными пунктами 1П установлено в работах [5, 6, 7]. Данное расстояние с учетом принятых обозначений определяется по формуле

1П — 0,14

к,ПУСПП

(5)

УлЬЛр^У

где ^У - коэффициент, учитывающий положение лесовозного уса на лесосеке;

сПП - стоимость устройства погрузочного пункта, р.;

ЬТ - стоимость трелевки древесины по магистральным волокам, р./(м3-км);

kРТ - коэффициент удлинения магистральных волоков.

Коэффициент ^У, учитывающий положение лесовозного уса на лесосеке, определяет количество рядов пасек и может принимать значения 1 или 2 [5, 6, 8]: ^У =1 если ус размещается по краю лесосеки, ^У =2 если ус размещается посередине лесосеки.

В работе [8] доказано, что размещение уса по краю лесосеки целесообразно при соблюдении следующего условия:

йУ < 0,2

пСпп + О^пСтКрт (1 п + ^0, 5п ) рп1' п^^сП

аПУ Л1 ПkРПbП

где ап - ширина зоны тяготения к пасечному волоку, км;

СТ - стоимость устройства магистрального волока, р./км; а - протяженность магистрального волока в пределах погрузочного пункта, км;

2 - расстояние от уса до магистрального волока, км.

Крп - коэффициент удлинения пасечного волока;

Сп - стоимость устройства пасечного волока, р./км;

Ьп - стоимость трелевки древесины по пасечным волокам, р./(м •км). Анализ зависимостей (2-6) показывает, что расстояние между разворотными петлями зависит от расстояния между погрузочными пунктами и количества погрузочных пунктов, расположенных между петлями. В свою очередь расстояние меж-

(6)

ду погрузочными пунктами зависит от положения уса на лесосеке, определяемого по зависимости (6), а указанное неравенство содержит ряд технологических и экономических показателей освоения лесосеки, и в том числе расстояние между погрузочными пунктами. Из сказанного следует: основной недостаток анализируемых работ, посвященных оптимальному планированию транспортной сети на лесосеке -положением уса на лесосеке надо задаваться, в частности, такой подход расчета, когда поочередно принимаются значения Кпу =1 и Кпу =2 реализован в работах [5, 9]. В работах [1, 7] вообще никаким образом не учитывается положение уса на лесосеке.

В работе [8] приведены зависимости для определения параметров разворотной петли. На рис. 1 показана схема петлевого разворота [8].

Рис. 1. Схема разворотной петли (петлевого разворота): 1 - ус; 2 - петлевой разворот

Длина разворотной петли LР (в километрах) согласно [8] составляет

Lр — 0,0068г ; 1Р — 0,0028г, (7)

где г - радиус кривых петлевого разворота, который принимается в зависимости от типа подвижного состава и в соответствии с требованиями пункта 5.50 СНиП 2.05.07-91* [4], км;

1Р - протяженность уса в пределах петлевого разворота после погрузочного пункта, км.

В табл. 1 приведены минимально допустимые параметры разворотных петель для автомобилей, используемых на вывозке сортиментов и хлыстов.

Таблица 1

Параметры разворотных петель

Марка автомобиля Радиус поворота по оси следа внешнего переднего колеса, м Марка прицепа Параметры петли для автопоезда

г, м LP, м 1р, м

КамАЗ-5320 8,5 ГКБ-8350 12 81,6 33,6

КамАЗ-53212 9,0 ГКБ-8352 12 81,6 33,6

КамАЗ-53215 9,0 ГКБ-8352 12 81,6 33,6

КамАЗ-43118 10,8 ГКБ-8350 13,5 91,8 37,8

КамАЗ-5410 7,7 ОдАЗ-9370 13,5 91,8 37,8

КамАЗ-54115 8,2 ОдАЗ-9385 14,5 98,6 40,6

МАЗ-533602 9,4 МАЗ-8925 12 81,6 33,6

МАЗ-533710 9,0 МАЗ-8925 12 81,6 33,6

МАЗ-6303 11,7 МАЗ-83781 15 102 42

МАЗ-5434 9,5 МАЗ-900800 12 81,6 33,6

МАЗ-641708 11,2 МАЗ-900800 14 95,2 39,2

ЗИЛ-131 10,2 ТМЗ-802 13 88,4 36,4

Урал-4320 10,8 ГКБ-9851 13,5 91,8 37,8

Из табл. 1 видно, что минимальная протяженность разворотной петли составляет 80...100 м; если петли располагаются через 500 м, то за их счет протяженность уса увеличивается примерно на 20 %, а, следовательно, возрастает стоимость строительства и содержания уса. Также надо отметить, что на разворотных петлях необходимо уширение проезжей части, следовательно, стоимость строительства уса возрастает более чем на 20 %.

Устройство транспортной инфраструктуры на лесосеке основывается на оптимизации размещения элементов внут-

риплощадочной транспортной сети, центральной задачей которой является размещение лесовозного уса. Положение лесовозного уса определяется по зависимости (6) [8], но в работе [8] положение уса определено в двух позициях: посередине лесосеки или по краю. Варианты смещения уса вдоль направления грузопотока по ветке в указанной работе не рассмотрены.

В широких лесосеках для снижения затрат на вывозку древесины целесообразно смещать ус от середины лесосеки по направлению грузопотока по ветке. А.В. Пядухов [10, 11] определил оптимальную

величину смещения уса аСУ с учетом его примыкания к ветке под углом, отличным от 90°:

а) при размещении магистральных волоков перпендикулярно усу

аСУ

ЪВкРВ^У

2ЪТкРТ Бта

(8)

б) при размещении пасечных волоков перпендикулярно усу

аСУ

Ъвк,вА 2ЪПкРП мп а

(9)

где ЬВЬВ - стоимость вывозки по ветке, р./(м3-км);

кРВ кРВ - коэффициент удлинения ветки;

а - угол примыкания уса к ветке, град.

Из формул (8) и (9) видно, что величина смещения уса не связана с его параметрами, такими как длина, тип покрытия, расстояние между погрузочными пунктами, расстояние между разворотными петлями. Из сказанного следует - при планировании внутриплощадочной транспортной сети достаточно определить принципиальное положение уса, а величину его смещения можно определить уже после установления протяженности уса, расстояний между погрузочными пунктами, разворотными петлями.

При размещении уса на лесосеке первоначально решается задача о целесообразности его проложения в лесосеку. Профессор Б.А. Ильин [1, 7] предложил зависимость, по которой можно определить целесообразность постройки уса в лесосеку или прокладки магистрального трелевочного волока

Ъ - Ъ

МВ У

(10)

где Qл - объем древесины, вывозимой из лесосеки, м3;

СУ - удельная стоимость строительства уса, р./км;

СМВ - удельная стоимость прокладки магистрального волока, р./км;

ЬУ - удельная стоимость вывозки древесины по усу, р./(м3 • км);

ЬМВ - удельная стоимость трелевки древесины по магистральному волоку, р./(м3-км).

Если условие (10) выполняется, то постройка уса в лесосеку конструкции со стоимостью СУ целесообразна, если указанное условие не выполняется, то следует проложить в лесосеку магистральный трелевочный волок.

Профессор А.И. Иевлев [12] установил целесообразность строительства уса в лесосеку по следующему условию:

1Д *

С

'-'Т 2

С

V

■ + С„

Q

С - С

'-'Д ТП

(11)

где 1д - протяженность намечаемого к строительству уса, км;

СТ1, СТ2 - себестоимость содержания машино-смены трелевочного средства при трелевке соответственно к усу и к ветке с учетом затрат на содержание транспортных путей, р.;

П1, П2 - сменная производительность трелевочного средства при трелевке соответственно к усу и к ветке, м3;

СВ - себестоимость вывозки древесины по усу, р./м3;

Q - ликвидный запас древесины на

лесосеке, м ;

Сд - удельная стоимость строительства уса, р./км;

Стп - удельная стоимость подготовки магистрального трелевочного волока, р./км.

Зависимости (10) и (11) устанавливают целесообразность прокладки лесовозного уса, но не позволяют обосновать его протяженность в пределах лесосеки, а также не учитывают возможность применения на лесовозном усе различных до-

1Л = 0,5ёВ -10 = т1П + 1К

где dВ - ширина зоны тяготения к ветке, км;

т - количество пасек, расположенных по одной стороне уса;

1К - протяженность глубинного участка лесосеки, в который не прокла-

рожных конструкций, хотя при значительной длине лесосеки это может быть оправдано [5].

Профессор Д.Н. Афоничев [13] установил оптимальную протяженность лесовозного уса в пределах лесосеки. Схема лесосеки показана на рис. 2.

Согласно рис. 2 [13] лесовозный ус имеет протяженность меньше, чем длина лесосеки и состоит из двух участков: с покрытием 3 и грунтового 5, а длина (глубина) лесосеки 1л , км, составляет А

' 1УП + 1УГ + 1К 10

100^,,

(12)

дывают ус, км;

1УП - протяженность участка уса с покрытием, км;

1УГ - протяженность грунтового участка уса, км;

А - площадь лесосеки, га.

Рис. 2. Схема лесосеки при размещении пасечных волоков перпендикулярно

лесовозному усу:

1 - ветка; 2 - погрузочный пункт; 3 - ус с покрытием; 4 - петлевой разворот; 5 - грунтовый ус; 6 - магистральный волок; 7 - пасечный волок

Из формулы (12) следует, что длина уса 1у, км, прокладываемого в лесосеку равна

У кРУ (іУП + 1УГ) кРУ

ІП +■

А

Л

100^,,

■ — К

.(13)

ские зависимости, определяющие протяженность глубинного участка лесосеки 1К в который не прокладывают ус, и протяженность участка уса с покрытием 1УП. Указанные зависимости имеют вид

В работе [13] получены аналитиче-

ІК =

1°°Му (кРУЪУГ ЪТкРТ )

к С С

рп пв <к 7 + о — о 1 к С РГ +

Х^ПУ^ ^ ^У ЛМВ / “'РУ^-'УГ т ^

п /

П ПРГ

+

50УлкРПЪТП

к

к

I \_СПП + кРТСМВ (1П а0 )]

* п

(14)

+ 0,51

П

1УГ

\00ул

^УкРУ ( ЪУП ЪУГ )

С С

РГ — к (С — С )— РП

П'РУ\^-'УП УГ )

ь

ПРГ

ь

ПРП

— 1к + 0,51 п + а1.

(15)

где ЪУГ - стоимость вывозки древесины по грунтовому участку лесовозного уса, р./(м3^км);

СПВ - удельная стоимость устройства пасечных волоков, р./км; аП - ширина зоны тяготения к пасечному волоку, км;

7 - расстояние от уса до магистрального трелевочного волока, км; оУ - ширина уса, км;

,оМВ - ширина магистрального волока, км;

СУГ - удельная стоимость строительства, содержания и ликвидации грунтового участка лесовозного уса, р./км;

СРГ - стоимость строительства, содержания и ликвидации одного петлевого разворота в пределах грунтового участка уса, р.;

ЬПРГ - расстояние между петлевыми

разворотами в пределах грунтового участка уса, км;

ЪТП - стоимость трелевки по пасечным волокам, р./(м3-км);

СМВ - удельная стоимость устройства магистральных волоков, р./км; а0 - расстояние от крайнего пасечного волока до границы пасеки, км;

ЪУП - стоимость вывозки древесины по участку лесовозного уса с покрытием, р./(м3-км);

СУП - удельная стоимость строительства, содержания и ликвидации участка лесовозного уса с покрытием, р./км;

СРП - стоимость строительства, содержания и ликвидации одного петлевого разворота в пределах участка уса с покрытием, р.;

ЬПРП - расстояние между петлевыми разворотами в пределах участка уса с

1

покрытием, км;

а1 - расстояние от места погрузки до

границы пасеки, км.

Анализ формул (14) и (15) показывает, что протяженность лесовозного уса в пределах лесосеки, определяемая величиной 1К, зависит от размеров лесосеки и от соотношения удельных стоимостей строительства, содержания и ликвидации уса, магистрального волока, вывозки и трелевки древесины. Экономически целесообразно устраивать ус на протяжении 50.70 % от длины (глубины) лесосеки в зависимости от вышеперечисленных параметров [13]. Целесообразность устройства головного участка уса более совершенной конструкции определяется соотношением удельных стоимостей строительства, содержания и ликвидации участков уса различной конструкции и вывозки древесины по ним, а также от протяженности уса [13].

При ограниченной протяженности уса устройство головного участка более совершенной конструкции может быть нецелесообразным, но формулы (14) и (15) не учитывают потери от простоя транспорта в периоды, когда грунтовые дороги становятся непроезжаемыми, а также увеличение затрат на вывозку по причине ухудшения состояния грунтовых дорог [13]. Для устранения возможных потерь в работе [13] при организации вывозки древесины в неморозный период рекомендуется

рассмотреть следующие варианты:

- устройство в отдельные лесосеки усов с покрытиями, которые можно эксплуатировать после затяжных дождей;

- устройство головных участков всех усов с покрытиями;

- устройство в отдельные лесосеки головных участков усов с покрытиями.

Выбор конкретного варианта представляет собой комплексную техникоэкономическую задачу, решение которой невозможно без приведенных выше аналитических зависимостей. Объемы строительства усов различных конструкций определяются в зависимости от климатических условий района и типа местности по степени и характеру увлажнения [5].

Примыкание лесовозного уса к ветке под углом, отличным от прямого, влечет за собой увеличение затрат на его строительство (с погрузочными пунктами) и вывозку древесины по усу, устройство трелевочных волоков. Уравнения для определения оптимального угла примыкания лесовозного уса к ветке приведены в работе [14]. Они имеют вид

а) при размещении магистральных волоков параллельно ветке

А — dвkй kpуЬуkl + Ьвkpвdу —

(А — В) соБа + В cos3 а — ЬВ1Р^В ;

Ы k2 d1

■'В^РВ^У

^2 Ьт рт

+ Ь^рТ ( 0,5dу — а0 — z ) + ЬпkрпSп ;

В —

( 0,5йв —10)

25Yлdуdвsп

2С 1 а I СПВkРП (^ 2а0 22)(5П а0)

2СМВ1РТ<а\ 1 „

2а„

(16)

(17)

(18)

б) при размещении магистральных

(С — D) соб а + D соб3 а — ЬВкР

Ь2к2 d

С — dвk0кРуЬук1 + ЬВкР^у — В ^ у + (0,5dу —

D —

( 0,^В — 10 )

25Ул^^п

2к Ь

РП п

где к0 - коэффициент, учитывающий

протяженность уса от ширины зоны тяготения ветки dВ^;

Ьу - стоимость вывозки древесины по усу, р./(м3^км);

к1 - коэффициент, учитывающий

среднее расстояние вывозки древесины по усу;

а0 - полуширина зоны тяготения к пасечному волоку, км;

2 - расстояние от уса до магистрального волока, км; sп - ширина пасеки, км; а1 - протяженность магистрального волока в пределах погрузочного пункта, км.

Зависимости (16-21) - сложные и требуют решения на ЭВМ, для чего следует разработать алгоритм и программу. При определении угла примыкания уса к ветке следует учитывать также сложность формы лесосеки и соответствующие ей параметры трелевки [15].

Выводы

1. Профессор Д.Н. Афоничев установил оптимальное расстояние между петлевыми разворотами, исходя из минимизации затрат на устройство разворотов и перепробег подвижного состава по усу без груза, анализ этих зависимостей показывает, что расстояние между разворотными

волоков параллельно усу

dв ; (19)

2) кРПЬП 1 Ьтkртsп ; (20)

СПВkРПSП (С^у — 2а0 — 22 ) (21)

2а0 _

петлями зависит от расстояния между погрузочными пунктами и количества погрузочных пунктов, расположенных между петлями. В свою очередь расстояние между погрузочными пунктами зависит от положения уса на лесосеке.

2. Положение лесовозного уса на лесосеке определяется в двух позициях: посередине лесосеки или по ее краю. В широких лесосеках для снижения затрат на вывозку древесины целесообразно смещать ус от середины лесосеки по направлению грузопотока по ветке, величина данного смещения не связана с параметрами уса, такими как длина, тип покрытия, расстояние между погрузочными пунктами, расстояние между разворотными петлями. Однако расстояние между погрузочными пунктами зависит от глубины пасеки. Таким образом, при планировании внутриплощадочной транспортной сети необходимо комплексно решать задачу об установлении положения уса на лесосеке и оптимальных расстояний между погрузочными пунктами, после чего рассчитывать расстояние между разворотными петлями.

3. При размещении уса на лесосеке первоначально решается задача о целесообразности его проложения в лесосеку. Профессор Д.Н. Афоничев установил оптимальную протяженность лесовозного уса в пределах лесосеки. Анализ формул, по-

лученных Д.Н. Афоничевым, показывает, что протяженность лесовозного уса в пределах лесосеки зависит от размеров лесосеки и от соотношения удельных стоимостей строительства, содержания и ликвидации уса, магистрального волока, вывозки и трелевки древесины. Влияние расстояний между погрузочными пунктами и разворотными петлями на величину протяженности уса не существенно.

Библиографический список

1. Сухопутный транспорт леса / под ред. В.И. Алябьева. М.: Лесн. пром-сть,

1990. 416 с.

2. Афоничев Д.Н. Размещение петлевых разворотов на лесовозных усах // Вестник МГУЛа - Лесной вестник. 2010.

№ 6. С. 93-96.

3. Леонович И.И. Терминологический словарь по лесным дорогам. Минск: Изд-во БТИ, 1970. 168 с.

4. СНиП 2.05.07-91*. Промышленный транспорт / Госстрой России. АПП ЦИТП, 1996. 120 с.

5. Афоничев Д.Н. Оптимизация размещения внутриплощадочных дорог в сырьевых базах лесозаготовительных предприятий // Природопользование: ресурсы, техническое обеспечение: Межвуз. сб. научн. тр. / ВГЛТА. Воронеж, 2007.

Вып. 3. С. 36-42.

6. Афоничев Д.Н. Размещение погрузочных пунктов вдоль лесовозного уса // Перспективные технологии, транспортные средства и оборудование при производстве, эксплуатации, сервисе и ремонте: Межвуз. сб. науч. тр. / ВГЛТА. Воронеж, 2010.

Вып. 5. С. 84-87.

7. Ильин Б.А. Основы размещения лесовозных дорог в сырьевых базах лесозаготовительных предприятий. Л.: ЛТА, 1987. 63 с.

8. Афоничев Д.Н. Размещение лесовозного уса на лесосеке // Вестник МГУЛа

- Лесной вестник. 2009. № 3. С. 92-94.

9. Афоничев Д.Н. Алгоритм расчета в системе автоматизированного проектирования оптимальных параметров размещения лесовозных веток и усов // Вестник МГУЛа - Лесной вестник. 2010. № 5. С. 82-86.

10. Пядухов А.В. Размещение лесовозного уса на лесосеке с учетом направления грузопотока // Ресурсосберегающие и экологически перспективные технологии и машины лесного комплекса будущего: Матер. междунар. научн.-практич. конф., посвящ. 55-лет. лесоинженерного факультета ВГЛТА / ВГЛТА. Воронеж, 2009. С. 340-344.

11. Пядухов А.В. Влияние угла примыкания лесовозного уса к ветке на величину смещения уса по направлению грузопотока // Актуальные проблемы лесного комплекса: Межвуз. сб. науч. тр. / ВГЛТА. Воронеж, 2010. Вып. 1. Т. 2. С. 98-103.

12. Иевлев А.И., Сидельников И.А. Моделирование и оптимизация лесопромышленных процессов. В 2-х ч. Ч. 2. Воронеж: ВГЛТА, 1997. 76 с.

13. Афоничев Д.Н. Обоснование протяженности лесовозного уса // Вестник МГУЛа - Лесной вестник. 2011. № 3.

14. Афоничев Д.Н., Пядухов А.В., Гоптарев С.М. Оптимальный угол примыкания лесовозного уса к ветке // Лесотех-

нический журнал / ВГЛТА. 2011. № 1. С. 80-85.

15. Абрамов В.В. Имитационное моделирование работы трелевочных

средств на выборочных рубках. ВГЛТА. Воронеж, 2008. 96 с. Деп. в ВИНИТИ 22.07.2008, № 631-В2008.